Brevet FR2875592A1 — publié le 20060324

VTM1561.FRD Echangeur de chaleur à boîte collectrice sertie et procédé d'assemblage L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant un collecteur muni d'ouvertures pour la réception de tubes d'un faisceau et d'un bord périphérique doté d'organes de sertissage, une boîte collectrice munie d'un pied périphérique propre à être maintenu par les organes de sertissage du bord périphérique du collecteur, ainsi qu'un joint d'étanchéité compressible interposé entre le collecteur et le pied de la boîte collectrice. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type dont la boîte collectrice, généralement en matière plastique, est ainsi sertie sur le collecteur, lequel est habituellement en métal, par des organes de sertissage issus du collecteur. Ces organes de sertissage permettent de maintenir le pied périphérique de la boîte collectrice contre le collecteur en assurant la compression du joint d'étanchéité pour assurer une liaison étanche. Les organes de sertissage peuvent être réalisés sous la forme d'une bande déformable présentant des perforations alignées permettant la formation d'ondulations, comme enseigné par le brevet US 4 331 201. Il peut s'agir aussi de pattes repliables, en forme de dents, issues d'un bord crénelé que présente le bord périphérique du collecteur. Lors de l'opération de sertissage, ces organes de sertissage sont déformés sous l'action d'un outil de sertissage approprié qui exerce un effort important sur les organes de sertissage et, par conséquent, sur le pied de la boîte collectrice. Cet effort de sertissage comporte une composante latérale qui s'exerce sensiblement dans le plan d'assemblage que définit la face ouverte de la boîte collectrice. Sous l'effet de cet effort important, les bords du pied de la boîte collectrice ont tendance à se déplacer vers l'intérieur. Dans la plupart des cas, le pied de la boîte collectrice présente une forme générale rectangulaire avec deux grands côtés et deux petits côtés. Le déplacement du pied de la boîte collectrice tend à se produire principalement sur les grands côtés du fait de la longueur importante qu'ils présentent par rapport aux petits côtés. Ce déplacement peut occasionner des défauts d'étanchéité au niveau du joint d'étanchéité, mais surtout des déformations des tubes du faisceau dans la région de raccordement d'un tube et du collecteur, spécialement lorsque le tube est brasé dans un collet issu du collecteur. Pour éviter ces inconvénients, il est connu de réaliser une gorge périphérique dans le fond du collecteur pour y loger le joint d'étanchéité et une partie au moins du pied périphérique de la boîte collectrice. Cependant, il existe certains échangeurs de chaleur, dont le collecteur présente un fond plat et pour lesquels il est par conséquent impossible de réaliser une telle gorge périphérique. C'est le cas notamment des collecteurs qui ont des collets, dits "inversés", formés du côté opposé au bord périphérique de sertissage Ces collets font donc saillie à l'opposé de la boîte collectrice pour définir des ouvertures pour l'insertion de tubes qui sont généralement assemblés par brasage. L'invention vise en conséquence à proposer un échangeur de chaleur du type précité qui permet d'éviter la déformation du pied périphérique de la boîte collectrice lors des opérations de sertissage, et notamment, sous l'effet d'un effort latéral important. Elle vise encore à procurer un tel échangeur de chaleur dont le collecteur présente un fond plat, donc sans gorge périphérique, pour le maintien du pied périphérique de la boîte collectrice. L'invention vise encore à procurer un tel échangeur de chaleur qui peut être réalisé sous différentes formes, et notamment sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile. Sous un autre aspect, l'invention vise à procurer un procédé d'assemblage d'un tel échangeur de chaleur. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la boîte collectrice comporte une bordure périphérique agencée à proximité du pied périphérique et présentant des logements placés en des endroits choisis pour recevoir un outil d'appui propre à exercer une contre-réaction s'opposant à un effort latéral dû aux organes de sertissage sous l'action d'un outil de sertissage. Ainsi, pendant l'opération de sertissage, un outil d'appui est engagé dans des logements de la bordure périphérique de la boîte collectrice, donc à proximité du pied périphérique, ce qui permet d'exercer une force de contre-réaction s'opposant à l'effort latéral dû à l'outil de sertissage. Comme le pied périphérique est ainsi maintenu fermement en position pendant l'opération de sertissage, il ne risque pas de se déformer sous l'action de l'outil de sertissage. L'invention trouve ainsi un intérêt tout particulier dans le cas où le collecteur présente un fond plat et ne comporte donc pas de gorge périphérique susceptible de contribuer au maintien en position du pied périphérique de la boîte collectrice. Dans une forme de réalisation préférée, la bordure périphérique de la boîte collectrice présente une forme générale rectangulaire ayant deux grands côtés et deux petits côtés, les logements étant situés au moins sur les grands côtés de la bordure périphérique. Les logements sont avantageusement formés dans une gorge de la bordure périphérique qui est ouverte du côté opposé au collecteur et qui est munie de cloisons transversales pour séparer les logements. Ces cloisons transversales peuvent faire partie de nervures de rigidification formées à l'extérieur de la boîte collectrice. La bordure périphérique peut être dépourvue de logements, en particulier dans une région où débouche une tubulure. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le collecteur présente un fond plat entouré par le bord périphérique de sertissage, le fond plat étant muni de collets formés du côté opposé au bord périphérique de sertissage pour recevoir respectivement des tubes du faisceau. Dans une variante, les organes de sertissage sont réalisés dans une bande déformable, initialement plane, présentant des perforations alignées permettant la formation d'ondulations propres à s'appuyer contre le pied périphérique de la boîte collectrice. Dans une autre variante, les organes de sertissage sont réalisés dans une bande déformable, initialement plane, présentant un bord crénelé permettant la formation de pattes rabattables propres à s'appuyer contre le pied périphérique de la boîte collectrice. Comme déjà indiqué, l'échangeur de chaleur de l'invention est avantageusement réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule automobile, la boîte collectrice formant une boîte à air pour l'admission et/ou l'évacuation d'air. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette application particulière. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur tel que défini précédemment, qui comprend les opérations suivantes: a) prévoir un collecteur muni d'ouvertures pour la réception de tubes d'un faisceau et d'un bord périphérique doté d'organes de sertissage; b) prévoir une boîte collectrice munie d'un pied périphérique et comportant une bordure périphérique agencée à proximité du pied périphérique et présentant des logements placés en des endroits choisis; c) prévoir un joint d'étanchéité compressible propre à être 15 interposé entre le collecteur et le pied de la boîte collectrice; d) assembler le collecteur et la boîte collectrice en interposant le joint d'étanchéité compressible entre le 20 collecteur et le pied de la boîte collectrice; e) engager un outil d'appui dans les logements de la bordure périphérique de la boîte collectrice; f) déformer les organes de sertissage au moyen d'un outil de sertissage pour maintenir le pied de la boîte collectrice, tout en laissant en place l'outil d'appui afin que ce dernier exerce une contre-réaction s'opposant à un effort latéral dû aux organes de sertissage sous l'action de l'outil de sertissage; et g) éloigner l'outil de sertissage de l'outil d'appui. Il est avantageux que, dans l'opération e), on engage l'outil d'appui dans les logements de la bordure périphérique de la boîte collectrice par un déplacement en translation dans une direction généralement perpendiculaire au plan d'assemblage défini entre le collecteur et la boîte collectrice et que, dans l'opération f), on déplace l'outil de sertissage en translation dans une direction généralement parallèle à ce plan d'assemblage. L'outil d'appui comprend avantageusement une pluralité de griffes propres à être introduites simultanément dans les logements de la bordure périphérique de la boîte collectrice. 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 partielle en perspective d'une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe, à échelle agrandie, de la boîte collectrice de la figure 1, le plan de coupe passant par l'axe d'une tubulure; - la figure 3 représente le détail III de la figure 2 à 20 échelle agrandie; - les figures 4 à 6 sont des vues en coupe illustrant différentes étapes de sertissage dans une forme de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue partielle en perspective du bord périphérique de sertissage du collecteur des figures 4 à 6, une fois le sertissage effectué ; - les figures 8 à 10 sont des vues analogues aux figures 4 à 6 pour une autre forme de réalisation des organes de sertissage; et - la figure 11 est une vue partielle en perspective du bord 35 de sertissage du collecteur des figures 8 à 10, une fois le sertissage effectué. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une boîte collectrice 10 d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Cette boîte est réalisée ici par moulage d'une matière plastique et elle comprend une paroi 12 formant un couvercle aboutissant à un pied périphérique 14 de forme générale rectangulaire possédant deux grands côtés 14a et deux petits côtés 14b. Seul un grand côté 14a et un grand côté 14b sont visibles sur la figure 1. Le pied périphérique 14 délimite une face ouverte de la boîte collectrice qui constitue en même temps un plan d'assemblage de la boîte collectrice avec un collecteur, qui sera décrit plus loin. De la paroi 12 de la boîte collectrice sont issues également deux tubulures 16 et 18 qui débouchent chacune dans la paroi 15 12 à proximité d'un grand côté 14a du pied périphérique. Le pied périphérique possède une section transversale de forme générale rectangulaire, comme on le voit mieux sur les figures 2 et 3. Il possède une face inférieur 20 et une face supérieure 22. La face inférieure 20 peut être munie d'un talon 24 servant à comprimer un joint, comme on le verra plus loin. Par ailleurs, la boîte collectrice 10 comporte une bordure périphérique 26 agencée à proximité du pied périphérique 14 et présentant le même contour rectangulaire. La bordure périphérique 26 est située à proximité du pied périphérique 14 en ménageant une cavité périphérique 28 comme on le voit mieux sur les figures 2 et 3. Dans cette cavité périphérique 28, et au dessus des deux grands côtés 14a du pied périphérique, sont formés une série de bossages 30 (figure 1) qui ont pour fonction de contribuer au sertissage de la boîte collectrice sur un collecteur, comme le verra plus loin. La bordure périphérique 26 présente deux grands côtés 26a et deux petits côtés 26b. Seul un des grands côtés 26a et un des petits côtés 26b est visible sur la figure 1. Chaque grand côté 26a est situé au dessus d'un grand côté 14a du pied périphérique et, de même, chaque petit côté 26b est situé au dessus d'un petit côté 14b du pied périphérique. La bordure périphérique 26 comporte une série de logements 32 qui sont placés en des endroits choisis dans la bordure périphérique 26, ces logements étant formés ici uniquement dans les deux grands côtés 26a de la bordure périphérique. Cela étant, il est possible aussi de prévoir de tels logements dans les petits côtés 26b de la bordure périphérique. Dans l'exemple, les logements 32 sont formés dans une gorge 34 (figures 2 et 3) ayant un profil en U, qui tourne son ouverture du côté opposé à la face ouverte de la boîte collectrice. Ainsi, une gorge 34 est réalisée dans chacun des deux grands côtés 26a de la bordure périphérique. Dans la gorge 34 sont prévues des cloisons transversales 36 à intervalles espacés pour séparer les logements 32 entre eux. Dans l'exemple, ces cloisons 36 font partie de nervures de rigidification 38 formées à l'extérieur de la boîte collectrice 10 et rattachées à la paroi 12 formant couvercle. Ces nervures permettent non seulement de rigidifier la boîte collectrice 10, tout en l'allégeant, mais aussi de contribuer à définir les logements 32 précités. Comme on peut le voir sur la figure 1, ces nervures 38 se rattachent également aux tubulures 16 et 18. On notera que la bordure périphérique 26 est dépourvue de logements 32 dans une région où débouche une tubulure. On voit sur la figure 1, que trois logements 32 sont absents dans la région où débouche la tubulure 18. Il en est de même du côté opposé pour ce qui concerne la tubulure 16. On se réfère maintenant à la figure 4 qui est une vue en coupe partielle montrant une boîte collectrice 10 analogue à celle des figures 1 à 3 qui est assemblée à un collecteur 40, également appelé plaque collectrice. Le collecteur 40 est réalisé en matière métallique, avantageusement en une matière à base d'aluminium. Le collecteur 40 comporte un fond plat 42 de forme générale rectangulaire entouré par un bord périphérique 44 doté d'organes de sertissage 46 agencés pour coopérer avec la face supérieure 22 du pied périphérique 14 de la boîte collectrice, comme on le verra plus loin. Le fond 42 est muni de collets 48, appelés aussi "collets inversés", car ces collets s'étendent à partir du fond plat 42, mais du côté opposé au bord de sertissage 44. Chacun des collets 48 délimite une ouverture 49 dans laquelle est emmanchée l'extrémité d'un tube 50 faisant partie d'un faisceau de tube de l'échangeur de chaleur. Habituellement, un tel échangeur de chaleur comprend des tubes disposés sur une ou plûsieurs rangées, et dont les extrémités sont reçues d'un côté dans un collecteur coiffé par une boîte collectrice et du côté opposé dans un autre collecteur coiffé par une autre boîte collectrice. Des ailettes d'échange de chaleur, par exemple des ailettes ondulées (non représentées), peuvent être placées entre les tubes de façon en soit connue. Comme on le voit sur la figure 4, un joint d'étanchéité compressible 52, ici un joint torique, est interposé au montage entre le collecteur et le pied 14 de la boîte collectrice. Dans la forme de réalisation des figures 4 à 6 le talon 24 des figures 2 et 3 n'est pas présent. En effet, un tel talon est facultatif. Il peut cependant contribuer à maintenir en place le joint d'étanchéité 52. Lors de l'assemblage par sertissage, le joint 52 est comprimé pour garantir une étanchéité entre la boîte collectrice et le collecteur. On se réfère maintenant à la figure 5 où l'on aperçoit un outil d'appui désigné dans son ensemble par la référence 54 qui est déplaçable en translation dans une direction Dl généralement perpendiculaire au plan d'assemblage, c'est-à- dire ici au fond plat 42 du collecteur. Cet outil d'appui comporte une multiplicité de griffes 56 qui sont destinées à s'engager respectivement dans les logements 32 de la bordure périphérique 26. Ces griffes 56 ont donc des formes homologues à celles des logements pour permettre cet engagement. Il faut donc imaginer que les griffes 56 s'engagent simultanément dans les logements 32 des deux grands côtés 26a de la bordure périphérique 26. Une fois l'outil d'appui 54 ainsi engagé, on procède au sertissage en déformant les organes de sertissage 46 au moyen d'un outil de sertissage 58 réalisé ici sous la forme d'une lame. Cet outil de sertissage est déplaçable en translation suivant une direction de translation D généralement perpendiculaire à la direction Dl, c'est-à-dire parallèle au plan d'assemblage ou au fond plat 42 du collecteur 40. L'outil d'appui 54 permet de maintenir le pied 14 de la boîte collectrice 10 et il reste en place pendant l'opération de sertissage. Il faut imaginer, là aussi, qu'un autre outil de sertissage 58 est prévu de l'autre côté du collecteur. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'outil d'appui 54 permet d'exercer une contre-réaction F1 s'opposant à un effort latéral F2 dû aux organes de sertissage sous l'action de l'outil de sertissage. L'outil de sertissage 58 permet de déformer les organes de sertissage 46 qui viennent ainsi s'engager dans la cavité périphérique 28 mentionnée précédemment. Ces organes de sertissage viennent appuyer contre la face supérieure 22 des deux grands côtés 14a du pied périphérique tout en assurant une compression du joint 52 pour garantir l'étanchéité. Une fois l'opération de sertissage terminée, on éloigne l'outil de sertissage 58 et l'outil d'appui 54. De préférence, on éloigne d'abord l'outil de sertissage avant d'éloigner l'outil d'appui. Cependant, il est envisageable aussi d'éloigner simultanément ces deux outils. On obtient alors un assemblage comme montré sur la figure 6. La figure 7 illustre schématiquement le bord périphérique 44 des figures 4 à 6, lequel est réalisé sous la forme d'une bande déformable initialement plane présentant des perforations alignées 60 qui permettent ultérieurement la formation d'ondulations 62 propres à s'appuyer contre le pied périphérique de la boîte collectrice. Ces ondulations 62 viennent se loger à chaque fois entre deux bossages successifs 30 comme montré à la figure 1. Il est à noter cependant que la présence de tels bossages 30 n'est pas obligatoire. Les figures 8 à 10 sont analogues aux figures 4 à 6 et correspondent à un mode de réalisation où le bord périphérique 44 est différent. Dans cet exemple, les organes de sertissage sont réalisés sous la forme d'une bande déformable, initialement plane, présentant un bord crénelé permettant la formation de pattes rabattables 64, en forme de dents, propres à s'appliquer contre le pied périphérique de la boîte collectrice (figure 11). Le procédé de l'invention comprend ainsi les principales opérations suivantes: a) prévoir un collecteur 40 tel que défini précédemment; b) prévoir une boîte collectrice 10 comme définie précédemment; c) prévoir un joint d'étanchéité compressible 52 tel que défini précédemment; d) assembler le collecteur et la boîte collectrice en 30 interposant entre eux le joint d'étanchéité compressible; e) engager l'outil d'appui 54 dans les logements de la bordure périphérique de la boîte collectrice; f) déformer les organes de sertissage 46 au moyen de l'outil de sertissage 58 pour maintenir le pied de la boîte collectrice, tout en laissant en place l'outil d'appui afin que ces derniers exercent une contre-réaction F1 s'opposant à un effort latéral F2 dû aux organes de sertissage sous l'action de l'outil de sertissage; et g) éloigner l'outil de sertissage 58 et l'outil d'appui 54. 5 L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Les logements mentionnés précédemment peuvent être prévus soit seulement sur les deux grands côtés de la bordure périphérique, soit encore sur la totalité de cette bordure périphérique. Egalement, les organes de sertissage peuvent être constitués soit par une bande déformable susceptible de former des ondulations, soit encore par des pattes rabattables, ou encore par tout autre moyen de sertissage. Bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un collecteur à fond plat, elle peut également s'appliquer à un échangeur de chaleur dont le fond comporte une gorge périphérique pour loger le pied de la boîte collectrice. Dans une application particulière de l'invention, l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule automobile, la boîte collectrice formant alors une boîte à air pour l'admission et/ou l'évacuation d'air. Cependant, elle peut s'appliquer à d'autres types d'échangeur 30 de chaleur, en particulier à des radiateurs de refroidissement de moteurs de véhicules automobiles. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant un collecteur (40) muni d'ouvertures (49) pour la réception de tubes (50) d'un faisceau et d'un bord périphérique (44) doté d'organes de sertissage (46), une boîte collectrice (10) munie d'un pied périphérique (14) propre à être maintenu par les organes de sertissage (46) du bord périphérique (44) du collecteur, ainsi qu'un joint d'étanchéité compressible (52) interposé entre le collecteur et le pied de la boîte collectrice, caractérisé en ce que la boîte collectrice 10 comporte une bordure périphérique (26) agencée à proximité du pied périphérique (14) et présentant des logements (32) placés en des endroits choisis pour recevoir un outil d'appui (54) propre à exercer une contre-réaction (F1) s'opposant à un effort de sertissage (F2) dû aux organes de sertissage (46) sous l'action d'un outil de sertissage (58). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bordure périphérique (26) de la boîte collectrice (10) présente une forme générale rectangulaire ayant deux grands côtés (26a) et deux petits côtés (26b), et en ce que les logements (32) sont situés au moins sur les grands côtés de la bordure périphérique. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les logements (32) sont formés dans une gorge (34) de la bordure périphérique (26), qui est ouverte du côté opposé au collecteur (40) et qui est munie de cloisons transversales (36) pour séparer les logements. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cloisons transversales (36) font partie de nervures de rigidification (38) formées à l'extérieur de la boîte collectrice (10). 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bordure périphérique (26) est dépourvue de logements (32) dans une région où débouche une tubulure (16,18). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collecteur (40) présente un fond plat (42) entouré par le bord périphérique (44), et en ce que le fond plat est muni de collets (48) formés du côté opposé au bord périphérique (44) pour recevoir respectivement des tubes (50) du faisceau. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les organes de sertissage (46) sont formés dans une bande déformable, initialement plane, présentant des perforations alignées (60) permettant la formation d'ondulations (62) propres à s'appuyer contre le pied périphérique de la boîte collectrice. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les organes de sertissage (46) sont formés dans une bande déformable, initialement plane, présentant un bord crénelé permettant la formation de pattes rabattables (64) propres à s'appuyer contre le pied périphérique de la boîte collectrice. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule automobile, la boîte collectrice formant une boîte à air pour l'admission et/ou l'évacuation d'air. 10. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il 35 comprend les opérations suivantes: a) prévoir un collecteur (40) muni d'ouvertures (49) pour la réception de tubes (50) d'un faisceau et d'un bord périphérique (44) doté d'organes de sertissage (46) ; b) prévoir une boîte collectrice (10) munie d'un pied périphérique (14) et comportant une bordure périphérique (26) agencée à proximité du pied périphérique (14) et présentant des logements (32) placés en des endroits choisis; c) prévoir un joint d'étanchéité compressible (52) propre à être interposé entre le collecteur et le pied de la boîte collectrice; d) assembler le collecteur et la boîte collectrice en interposant le joint d'étanchéité compressible (52) entre le collecteur et le pied de la boîte collectrice; e) engager un outil d'appui (54) dans les logements (32) de 15 la bordure périphérique (26) de la boîte collectrice; f) déformer les organes de sertissage (46) au moyen d'un outil de sertissage (58) pour maintenir le pied de la boîte collectrice, tout en laissant en place l'outil d'appui afin que ce dernier exerce une contre-réaction (F1) s'opposant à un effort latéral (F2) dû aux organes de sertissage (46) sous l'action de l'outil de sertissage (58) ; et g) éloigner l'outil de sertissage (58) et l'outil d'appui 25 (54). 11. Procéder selon la revendication (10), caractérisé en ce que, dans l'opération e), on engage l'outil d'appui (54) dans les logements (32) de la bordure périphérique (26) de la boîte collectrice par un déplacement en translation dans une direction (D1) généralement perpendiculaire au plan d'assemblage défini entre le collecteur et la boîte collectrice et que, dans l'opération f), on déplace l'outil de sertissage (58) en translation dans une direction (D2) généralement parallèle au plan d'assemblage. 12. Procéder selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'outil d'appui (54) comprend une pluralité de griffes (56) propres à être introduite simultanément dans les logements (32) de la bordure périphérique (26) de la boîte collectrice (10).