Brevet FR2905453A1 — publié le 20080307

Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur à boîte collectrice tubulaire monobloc et dispositif d'évasement pour la mise en oeuvre de ce procédé L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur et elle concerne plus particulièrement un procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice tubulaire monobloc. L'invention concerne aussi un dispositif d'évasement pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un échangeur de chaleur comprend habituellement un faisceau de tubes associé à des ailettes et assemblé à au moins une boîte collectrice par l'intermédiaire d'une pièce appelée collecteur. Ce collecteur est habituellement fermé par un couvercle pour constituer la boîte collectrice proprement dite qui délimite une chambre de circulation de fluide. Lorsque l'assemblage des tubes du faisceau avec le collecteur est réalisé de façon mécanique, ce collecteur est équipé d'un joint d'étanchéité. L'assemblage mécanique des tubes et des collecteurs est alors réalisé par une opération de sertissage, appelée évasage , consistant à évaser les extrémités respectives des tubes pour comprimer le joint d'étanchéité et assurer ainsi un assemblage définitif et étanche entre les extrémités des tubes et le collecteur. Dans les échangeurs de chaleur classiques, cette opération d'évasement se réalise de façon aisée du fait que, lors de l'évasement, les tubes sont accessibles car le couvercle de la boîte collectrice n'est pas encore assemblé au collecteur. Récemment, la Demanderesse a proposé un autre type d'échangeur de chaleur, à assemblage mécanique, dans lequel la boîte collectrice présente une paroi tubulaire monobloc 2905453 2 munie de trous d'insertion de tubes. Cette paroi tubulaire est réalisée en matière plastique ou en matière métallique (par exemple en alliage d'aluminium) et les trous sont formés dans une partie de la paroi tubulaire qui forme 5 collecteur et que l'on appelle partie collecteur . Le collecteur et le couvercle sont alors réalisés d'une seule pièce sans possibilité de séparation. On comprend que, dans ce cas particulier, l'opération 10 d'évasage des tubes pose des problèmes particuliers du fait qu'il est difficile d'accéder à l'intérieur de la boîte collectrice. En effet, l'accès aux tubes pour réaliser l'évasement 15 solidarisant la boîte collectrice au faisceau via le joint, n'est plus possible de façon classique puisque la boîte collectrice forme un obstacle pour le passage des outils d'évasement. 20 L'invention a notamment pour but d'apporter une solution à ce problème. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur à boîte collectrice 25 tubulaire monobloc, dans lequel on prévoit une boîte collectrice ayant une paroi tubulaire monobloc munie de trous d'insertion de tubes, on introduit les extrémités des tubes d'un faisceau dans les trous d'insertion avec interposition d'un joint d'étanchéité, et on évase les 30 extrémités d'au moins une partie des tubes pour comprimer le joint et assurer une étanchéité de la liaison entre les tubes et la boîte collectrice. L'invention propose dans un mode de réalisation d'utiliser 35 un dispositif d'évasement introduit dans la boîte collectrice à partir d'une extrémité ouverte de celle-ci. 2905453 3 On profite ainsi de la présence de cette extrémité ouverte pour introduire un dispositif ou outil d'évasement spécifiquement conçu à cet effet, qui pourra ensuite être extrait de la boîte collectrice, une fois l'opération 5 d'évasement terminée. Dans un mode de réalisation préférentiel, pour réaliser l'évasement des extrémités des tubes, on exécute les opérations suivantes : 10 a) on introduit dans la boîte collectrice, à partir de ladite extrémité ouverte de celle-ci, un dispositif d'évasement comportant un support et une pluralité de poinçons d'évasement montés mobile par rapport au support 15 entre une position rétractée et une position sortie, b) on positionne le support de sorte que les poinçons d'évasement soient disposés en position rétractée respectivement en regard des extrémités des tubes, c) on déplace les poinçons d'évasement par rapport au 20 support pour qu'ils parviennent en position sortie et pénètrent dans les extrémités de tubes respectives pour les évaser, d) on amène les poinçons en position rétractée pour qu'ils s'échappent des extrémités des tubes ainsi évasés, et 25 e) on sort le support de la boîte collectrice par l'extrémité ouverte de la boîte collectrice. Ainsi, la boîte collectrice est utilisée comme moyen de guidage pour l'introduction d'un dispositif d'évasement de 30 conception particulière qui comprend un support sur lequel sont montés une pluralité de poinçons mobiles en translation entre deux positions extrêmes. Avantageusement, dans l'opération c), on fait prendre appui 35 le support contre une région interne de la paroi tubulaire située en regard des trous d'insertion des tubes. 2905453 4 Autrement dit, la boîte collectrice est utilisée comme moyen de contre-réaction, lorsque les poinçons sont déplacés de la position rétractée à la position sortie pour réaliser l'évasement des tubes. 5 Dans ces conditions, l'évasement des extrémités de tubes est réalisé de manière fiable et reproductible, ce qui permet une meilleure tenue en pression de l'assemblage par un verrouillage du déplacement des tubes par rapport à la 10 boîte collectrice. On garantit ainsi un auto-centrage du dispositif d'assemblage, c'est-à-dire de l'outillage, directement sur les composants de l'échangeur de chaleur que sont la boîte 15 collectrice et les extrémités des tubes. Il en résulte également un équilibrage des efforts liés à l'évasement directement par l'appui du dispositif d'évasement sur les composants de l'échangeur, c'est-à-dire 20 d'un côté sur les tubes et de l'autre côté sur la voûte interne de la boîte collectrice. Dans les opérations c) et d) mentionnées précédemment, les poinçons d'évasement sont avantageusement déplacés de 25 manière simultanée pour simplifier le procédé. Bien qu'il soit possible d'évaser les extrémités de tous les tubes du faisceau, il est envisageable d'effectuer un évasement de premiers tubes situés à chaque extrémité du 30 faisceau. Sous un autre aspect, l'invention concerne un dispositif d'évasement pour la mise en œuvre du procédé ci-dessus. Ce dispositif comprend essentiellement un support et une 35 pluralité de poinçons d'évasement montés mobile par rapport au support, ainsi qu'un mécanisme d'entraînement propre à déplacer les poinçons d'évasement par rapport au support de 2905453 5 l'une à l'autre de deux positions comprenant une position rétractée et une position sortie. Sur le support, les poinçons sont disposés avantageusement 5 selon une configuration correspondant à la configuration des extrémités des tubes. Par exemple, si le faisceau comprend une seule rangée de tubes espacés d'un pas déterminé, le support comprendra une 10 seule rangée de poinçons en nombre correspondant à celui des tubes et avec le même pas que celui des tubes. Le support doit être configuré pour pouvoir être inséré facilement à l'intérieur de la boîte collectrice qui 15 présente une configuration tubulaire. Pour cela, il est avantageux que le support soit un élément allongé et qu'il comporte une partie d'appui propre à prendre appui contre une région interne de la paroi 20 tubulaire située en regard des trous d'insertion des tubes, c'est-à-dire en regard de la partie collecteur de la boîte collectrice. Le mécanisme d'entraînement comprend des moyens propres à 25 transformer un mouvement circulaire ou rectiligne en un mouvement de translation des poinçons d'évasement dans un sens déterminé ou un sens opposé. Dans une forme de réalisation préférée, le mécanisme 30 d'entraînement comprend un arbre rotatif monté sur le support et coopérant avec au moins un actionneur agissant sur un poinçon d'évasement pour le déplacer en translation dans un sens ou dans un sens opposé par rapport au support. 35 L'actionneur est avantageusement un axe excentrique solidaire de l'arbre rotatif et propre à agir sur un poinçon d'évasement pour le déplacer en translation de 2905453 6 l'une à l'autre de la position rétractée et de la position sortie. Cependant, d'autres types d'actionneurs peuvent être 5 utilisés comme par exemple des actionneurs à came, des actionneurs à cale en pente, etc. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemples, on se réfère aux dessins annexés, sur 10 lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une boîte collectrice tubulaire monobloc dans la paroi de laquelle sont reçues les extrémités de tubes d'un faisceau 15 avec interposition d'un joint d'étanchéité, le joint étant comprimé par évasement des extrémités des tubes ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant schématiquement un dispositif d'évasement utilisé pour 20 réaliser l'évasement des tubes dans une boîte collectrice analogue à celle de la figure 1 ; et - la figure 3 est une représentation schématique du mécanisme d'entraînement du dispositif d'évasement de la 25 figure 2. Il est fait d'abord référence à la figure 1 qui représente une vue partielle en coupe d'une boîte collectrice 10 comportant une paroi tubulaire monobloc 12 réalisée 30 avantageusement par moulage d'une matière plastique et comportant une partie collecteur 14. Cette partie collecteur 14 qui fait partie intégrante de la paroi tubulaire 12 comporte une pluralité de trous 16 pour l'insertion des extrémités respectives 18 de tubes 20 35 faisant partie d'un faisceau d'échange de chaleur. Dans l'exemple, le faisceau comporte une seule rangée de tubes 2905453 7 20 qui sont associés à des moyens d'échange de chaleur tels que des ailettes ou intercalaires (non représentés). Les extrémités 18 d'au moins une partie des tubes sont 5 évasées pour assurer la compression d'un joint d'étanchéité désigné dans son ensemble par la référence 22 et qui est réalisé sous la forme d'une nappe 24 supportant une multiplicité de joints individuels 26. Ces joints individuels ont la forme d'un fourreau qui est interposé à 10 chaque fois entre un trou 16 et une extrémité de tube 18. Les extrémités 18 sont évasées pour assurer la compression du joint et réaliser ainsi un assemblage mécanique entre la boîte collectrice 10 et les tubes 20 ainsi qu'une étanchéité de l'assemblage. 15 L'invention vient proposer une solution pour réaliser les évasements des extrémités 18 dont l'accès est rendu difficile par la configuration monobloc de la boîte collectrice 10. Cette dernière comporte une extrémité 20 ouverte 28, ici située du côté gauche de la figure 1, et une extrémité ouverte opposée 30, ici située du côté droit de la figure 1, cette dernière étant fermée par un couvercle 32 de forme circulaire. 25 Il est fait maintenant référence à la figure 2 qui montre schématiquement un dispositif d'évasement pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Selon l'invention, on réalise l'évasement des extrémités 18 30 des tubes 20 au moyen d'un dispositif d'évasement 34 comportant un support 36 et une pluralité de poinçons d'évasement 38 montés mobiles par rapport au support entre une position rétractée et une position sortie. 35 Pour réaliser l'évasement des extrémités des tubes, on exécute les opérations suivantes : 2905453 8 a) on introduit dans la boîte collectrice 10, à partir de l'extrémité ouverte 28 de celle-ci le dispositif d'évasement 34, les poinçons d'évasement 38 étant en position rétractée. 5 Pour cela, le dispositif d'évasement 34 est réalisé avec une forme allongée et dimensionnée pour pouvoir être introduit facilement dans la boîte collectrice et dans la direction axiale XX de cette dernière, comme montré par la 10 flèche F1. Dans une opération b) subséquente, on positionne le support 36 de telle sorte que les poinçons d'évasement 38 soient disposés en position rétractée respectivement en regard des 15 extrémités 18 des tubes. C'est cette position qui est représentée schématiquement sur la figure 2. Dans une opération c) subséquente, on déplace les poinçons d'évasement 38 par rapport au support 36 pour qu'ils 20 parviennent en position sortie et pénètrent dans les extrémités 18 des tubes afin de les évaser. Lors de cette opération d'évasement, il est avantageux que le support prenne appui contre la paroi tubulaire pour exercer une contre réaction lors du travail des poinçons. 25 À cet effet, le support 36 comporte une partie d'appui 40 propre à prendre appui contre une région interne 42 de la paroi tubulaire 12 qui est: située en regard des trous d'insertion 16, c'est-à-dire en regard de la partie 30 collecteur 14. On comprendra que la paroi tubulaire sert de guidage au dispositif d'évasement lors de l'opération d'introduction a) et qu'elle sert de moyens de contre réaction lors de l'opération de déplacement c). 35 L'évasement des extrémités des tubes permet ainsi une meilleure tenue en pression de l'assemblage par un 2905453 9 verrouillage efficace du déplacement des tubes par rapport à la boîte collectrice. Ensuite, dans une opération d), on amène les poinçons en 5 position rétractée pour qu'ils s'échappent des extrémités de tubes préalablement évasées et, dans une opération e), on sort le support 36 de la boîte collectrice par l'extrémité ouverte 18 de cette dernière, par un déplacement en translation de sens opposé au sens de la 10 flèche F1. Dans les opérations c) et d), il est avantageux que les poinçons d'évasement 38 soient déplacés de manière simultanée. Pour cela, le support comprend un mécanisme d'entraînement propre à déplacer les poinçons d'évasement par rapport au support de l'une à l'autre de deux positions comprenant une position rétractée et une position sortie. 20 Ce mécanisme d'entraînement comprend avantageusement des moyens propres à transformer un mouvement circulaire ou rectiligne en un mouvement de translation des poinçons d'évasement dans un sens déterminé ou un sens opposé. 25 La figure 3 montre un exemple de réalisation dans lequel le mécanisme d'entraînement 44 comprend un arbre rotatif 46 (représenté ici par son contour) monté en rotation sur le support 36 autour d'un axe YY. Le support 36 formant corps 30 d'outil est configuré pour pouvoir être introduit et extrait dans le collecteur suivant la direction de l'axe XX (figure 2) donc perpendiculairement à l'axe YY. L'arbre 46 porte au moins un axe excentrique 48 solidaire de l'arbre et situé à distance de l'axe YY. L'axe excentrique 48 est 35 reçu dans une fente oblongue 50 aménagée dans un coulisseau 52 propre à coulisser dans une rainure 53 du support 36. Le coulisseau est solidaire d'un poinçon 38. La rotation de 15 2905453 10 l'arbre 46 provoque ainsi le déplacement en translation alternée du ou des poinçons 38 pour le(s) déplacer en translation de la position rétractée à la position sortie et inversement. 5 Le support 36 peut supporter un seul poinçon ou une pluralité de poinçons. Dans le premier cas, le support 36 devra être déplacé par pas successifs pour réaliser les évasements un par un. Dans le second cas, le support pourra 10 permettre d'effectuer simultanément plusieurs évasements en nombre correspondant soit à la totalité des tubes soit à une partie des tubes. Les axes excentriques 48 peuvent être remplacés par 15 d'autres types d'actionneurs entraînés par un arbre mobile en rotation ou en translation pour convertir le mouvement de l'arbre en un mouvement en translation du ou des poinçons. 20 On comprendra que le support lui-même peut être déplacé en translation à l'intérieur de la boîte collectrice, soit de façon manuelle, soit de manière automatique sous l'action d'un organe de commande tel qu'un vérin ou analogue (non représenté). 25 Dans le mode de réalisation décrit plus haut, un évasement est réalisé sur tous les tubes de l'échangeur de chaleur. Toutefois, il est possible d'avoir un évasement sélectif des tubes. Autrement dit, seulement une partie des tubes 30 (placés en des endroits choisis) sera évasée. On pourra, par exemple, choisir d'évaser que les premiers tubes situés à chaque extrémité du faisceau, par exemple entre quatre et dix tubes. Un mode de réalisation particulier prévoit l'évasement des cinq ou six premiers tubes de chaque côté 35 du faisceau. 2905453 11 L'invention permet ainsi de réaliser dans de bonnes conditions, l'évasement des extrémités de tubes reçues dans une boîte collectrice monobloc de configuration tubulaire. Cette boîte collectrice fait partie d'un échangeur de 5 chaleur qui est avantageusement utilisé dans le domaine de l'automobile pour constituer, par exemple, un radiateur de refroidissement d'un moteur ou encore un radiateur de chauffage de l'habitacle, ces applications étant données seulement à titre d'exemple. 10 Revendications 1. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur à boîte collectrice tubulaire monobloc, dans lequel on prévoit une boîte collectrice (10) ayant une paroi tubulaire monobloc (12) munie de trous d'insertion (16) de tubes (20), on introduit les extrémités (18) des tubes (20) d'un faisceau dans les trous d'insertion (16) avec interposition d'un joint d'étanchéité (22), et on évase les extrémités (18) des tubes pour comprimer le joint d'étanchéité (22) et assurer une étanchéité de la liaison entre les tubes (20) et la boîte collectrice (22). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif d'évasement (34) introduit dans la boîte collectrice (10) à partir d'une extrémité ouverte (28) de celle-ci. 3. Procédé d'assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour réaliser l'évasement des extrémités (18) des tubes (20) on exécute les opérations suivantes . a) on introduit dans la boîte collectrice (10), à partir de ladite extrémité ouverte (28) de celle-ci, un dispositif d'évasement (34) comportant un support (36) et une pluralité de poinçons d'évasement (38) montés mobiles par rapport au support entre une position rétractée et une position sortie, b) on positionne le support (36) de sorte que les poinçons d'évasement (38) soient disposés en position rétractée respectivement en regard des extrémités (18) des tubes (20), c) on déplace les poinçons d'évasement (38) par rapport au support (36) pour qu'ils parviennent en position sortie et pénètrent dans les extrémités (18) de tubes respectives pour les évaser, 12 2905453 13 d) on amène les poinçons d'évasement (38) en position rétractée pour qu'ils s'échappent des extrémités (18) de tubes ainsi évasées, et e) on sort le support (36) de la boîte collectrice (10) par 5 l'extrémité ouverte (28) de la boîte collectrice. 4. Procédé d'assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans l'opération c), on fait prendre appui le support (36) contre une région interne (42) de la 10 paroi tubulaire (12) située en regard des trous (16) d'insertion des tubes. 5. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que, dans les opérations c) et d), les 15 poinçons d'évasement (38) sont déplacés de manière simultanée. 6. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue un évasement des 20 premiers tubes situés à chaque extrémité du faisceau. 7. Dispositif d'évasement pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un support (36) équipé d'un ou d'une 25 pluralité de poinçons d'évasement (38) montés mobiles par rapport au support, ainsi qu'un mécanisme d'entraînement (44) propre à déplacer le ou les poinçons d'évasement (38) par rapport au support (36) de l'une à l'autre de deux positions comprenant une position rétractée et une position 30 sortie. 8. Dispositif d'évasement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les poinçons (38) du support sont disposés selon une configuration correspondant à la 35 configuration des extrémités (18) de tubes (16). 2905453 14 9. Dispositif d'évasement selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le support (36) est un élément allongé comportant une partie d'appui (40) propre à prendre appui contre une région interne (42) de la paroi tubulaire 5 (12) située en regard des trous (16) d'insertion des tubes. 10. Dispositif d'évasement selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement (44) comprend des moyens propres à transformer un mouvement 10 circulaire ou rectiligne en un mouvement de translation des poinçons d'évasement dans un sens déterminé ou un sens opposé. 11. Dispositif d'évasement selon la revendication 10, 15 caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement (44) comprend un arbre rotatif (46) monté sur le support et coopérant avec au moins un actionneur (48) agissant sur un poinçon d'évasement (38) pour le déplacer en translation dans un sens ou un sens opposé par rapport au support. 20 12. Dispositif d'évasement selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'actionneur (48) est un axe excentrique solidaire de l'arbre rotatif (46) et propre à agir sur un poinçon d'évasement (38) pour le déplacer en 25 translation de l'une à l'autre de la position rétractée et de la position sortie.