EP0473475A1

EP0473475A1 - Ensemble comprenant une boîte à eau d'un échangeur de chaleur principal et un échangeur de chaleur secondaire

Info

Publication number: EP0473475A1
Application number: EP91402077A
Authority: EP
Inventors: Gauyer Le
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1992-03-04
Anticipated expiration: 2011-07-25
Also published as: DE69105874T2; DE69105874D1; ES2068534T3; FR2665524A1; FR2665524B1; EP0473475B1; US5151157A

Abstract

L'invention concerne une boîte à eau (10) d'un échangeur de chaleur principal, qui contient un échangeur de chaleur secondaire (24) à deux tubulures de raccordement (60) traversant à étanchéité une paroi (14) de la boite à eau, et par lesquelles l'échangeur de chaleur secondaire est fixé dans la boîte à eau. Chacune des tubulures (60) est rapportée sur l'échangeur de chaleur secondaire (24) par introduction dans un orifice de passage (46) de la paroi (14) et fixation dans une embase (40) de l'échangeur de chaleur secondaire (24). La tubulure de raccordement comporte une partie terminale (66) déformable propre à être expansée radialement dans un perçage (40) de l'embase (38). <IMAGE>

Description

L'invention concerne une boîte à eau d'un échangeur de chaleur principal, notamment pour véhicules automobiles, contenant un échangeur de chaleur secondaire.
Dans les dispositifs connus de ce genre, l'échangeur de chaleur principal est parcouru par un premier fluide, tandis que l'échangeur de chaleur secondaire est parcouru par un second fluide qui est refroidi par le premier fluide.
Dans l'application particulière aux véhicules automobiles, le premier fluide est le liquide de refroidissement d'un moteur thermique, tandis que le second fluide peut être une huile de lubrification du moteur, une huile de boîte de vitesses ou une huile d'un convertisseur de couple. Ainsi, le liquide de refroidissement assure non seulement sa fonction habituelle de refroidissement du moteur, mais aussi une fonction supplémentaire de refroidissement d'un fluide lié au fonctionnement du véhicule.
Dans les dispositifs connus de ce genre, l'échangeur de chaleur secondaire est introduit par une face ouverte de la boîte à eau et cette dernière est ensuite raccordée au corps ou au faisceau de l'échangeur de chaleur principal. L'échangeur de chaleur secondaire comprend deux tubulures de raccordement, servant respectivement à l'entrée et à la sortie du second fluide, cette tubulure traversant à étanchéité deux orifices d'une paroi de la boîte à eau et servant à la fixation et au maintien de l'échangeur de chaleur secondaire à l'intérieur de la boîte à eau.
On connaît, d'après le Brevet Français N° 83 12200, publié sous le N° 2 549 593, un dispositif du genre précité dans lequel chacune des deux tubulures de raccordement est rapportée sur l'échangeur de chaleur secondaire par introduction dans un des orifices de la paroi de la boîte à eau et fixation à une embase de l'échangeur de chaleur secondaire.
Dans ce dispositif connu, chaque tubulure de raccordement comprend une partie filetée qui est vissée dans un taraudage de l'embase. Cette dernière prend appui contre la face interne de la paroi de la boîte à eau avec interposition de deux joints d'étanchéité qui sont comprimés sous l'action de la force de serrage exercée par un écrou qui est vissé sur une autre partie filetée de la tubulure, en prenant appui contre la face externe de la paroi de la boîte à eau.
Cette solution connue nécessite que la partie filetée de la tubulure s'étende en partie à l'intérieur de l'échangeur de chaleur secondaire qui doit alors posséder une largeur suffisante pour recevoir cette partie filetée. Ceci nécessite, par conséquent, d'utiliser un échangeur de chaleur secondaire encombrant et par voie de conséquence une boîte à eau encombrante. De plus, comme la partie filetée fait saillie à l'intérieur de l'échangeur de chaleur secondaire, celle-ci perturbe l'écoulement du fluide circulant dans cet échangeur de chaleur.
En outre, cette solution connue est complexe à mettre en oeuvre puisqu'elle nécessite notamment deux opérations de vis sage pour chacune des deux tubulures.
L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus.
Elle propose à cet effet une boîte à eau d'un échangeur de chaleur principal, contenant un échangeur de chaleur secondaire à deux tubulures de raccordement qui traversent à étanchéité une paroi de la boîte à eau et par lesquelles l'échangeur de chaleur secondaire est fixé dans la boîte à eau, chacune des tubulures étant rapportée sur l'échangeur de chaleur secondaire, par introduction dans un orifice de la paroi de la boîte à eau et fixation dans une embase de l'échangeur de chaleur secondaire.
Selon une des caractéristiques essentielles de l'invention, chaque tubulure de raccordement comporte une partie terminale propre à être expansée radialement dans un perçage de l'embase. '
Ainsi, la tubulure de raccordement peut être rapportée de façon très' simple sur l'échangeur de chaleur secondaire puisqu'il suffit d'introduire, à partir de l'extérieur de la boîte à eau, la partie terminale de la tubulure successivement dans l'orifice de la paroi de la boîte à eau et dans le perçage de l'embase, puis de provoquer l'expansion radiale de cette partie terminale dans le perçage par un outillage approprié.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tubulure de raccordement comprend une partie intermédiaire ayant une collerette propre à prendre appui contre la paroi de la boîte à eau, autour de l'orifice de passage et du côté extérieur de la boîte à eau, cette partie intermédiaire se prolongeant, d'un côté, par la partie terminale déformable et, du côté opposé, par un embout de liaison.
De ce fait, lors de l'opération de sertissage, la paroi de la boîte à eau et chacune des embases se trouveront serrées l'une contre l'autre sous l'action combinée de la collerette, d'une part, et de la partie terminale ainsi déformée.
Avantageusement, la partie terminale déformable est limitée par une face externe initialement cylindrique et par une face interne initialement tronconique dont le diamètre diminue en direction de l'extrémité libre de la partie terminale.
De préférence, la face externe initialement cylindrique de la partie terminale se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre, à une face externe tronconique dont le diamètre va en croissant en direction de la collerette, tandis que la face interne initialement tronconique de la partie terminale se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre, à une face cylindrique interne d'un passage intermédiaire qui s'étend en partie à l'intérieur de la tubulure.
On réalise ainsi une zone annulaire de raccordement de plus faible épaisseur entre la partie intermédiaire et la partie terminale de la tubulure de raccordement, ce qui facilite son expansion radiale lors de l'opération de sertissage.
De préférence, la partie terminale est propre à être expansée radialement de telle sorte que, après sertissage, la face interne initialement tronconique de la partie terminale devienne sensiblement cylindrique et prolonge ainsi la face interne cylindrique des passages intermédiaires.
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 en coupe d'une boîte à eau d'un échangeur de chaleur primaire contenant un échangeur de chaleur secondaire, le plan de coupe passant par l'axe d'une des deux tubulures de raccordement;
- la Figure 2 est une vue de côté montrant la paroi de la boîte à eau de la Figure 1 et l'orifice de passage d'une tubulure;
- la Figure 3 est une vue en coupe axiale d'une tubulure avant sertissage; et
- la Figure 4 est une vue de détail à échelle agrandie de la Figure 1 montrant la même tubulure après sertissage.

On se réfère tout d'abord à la Figure 1 qui montre une boîte à eau 10 d'un échangeur de chaleur principal, par exemple la boîte à eau d'un radiateur de refroidissement d'un moteur à combustion interne. La boîte à eau comprend une paroi de fond 12 dont dépendent notamment deux parois latérales 14 et 16 qui définissent une face ouverte limitée par un bord 18 de contour général rectangulaire. La boîte à eau 10 est destinée à être assemblée par son bord 18 sur une plaque collectrice 20 dans laquelle débouchent des tubes de circulation 22 qui forment le faisceau de l'échangeur de chaleur principal et qui, dans l'exemple, sont parcourus par le liquide de refroidissement du moteur du véhicule.
La boîte à eau 10 contient intérieurement, un échangeur de chaleur secondaire 24 destiné à permettre le refroidissement d'un fluide différent de celui circulant par les tubes 22. Par exemple, le fluide circulant dans l'échangeur de chaleur secondaire 24 peut être une huile de lubrification de boîte de vitesses.
Dans l'exemple représenté, l'échangeur de chaleur secondaire 24 est constitué par un empilage de demi-lames 26, 28 qui sont brasées entre elles et qui délimitent à leurs extrémités des chambres collectrices élémentaires 30 dont les parois sont perforées pour qu'elles communiquent, d'une part, entre elles, et d'autre part, avec deux tubes distributeurs 32 formant tirant, dont un seul est visible sur le dessin annexé. Le tube 32 comprend une découpe 34 s'étendant sur sensiblement toute sa longueur et servant à faire communiquer le fluide d'une chambre à l'autre. Chaque tube 32 est fermé à une extrémité par un couvercle 36 auquel il est brasé et qui est également brasé à la dernière demi-lame 28a. Le tube est fermé, à son autre extrémité, par une embase 38 en forme d'anneau, à laquelle il est brasé, cette embase étant également brasée sur la première demi-lame 26a. L'embase 38 comporte un perçage cylindrique 40 coaxial au tube 32, le diamètre du perçage 40 étant inférieur au diamètre interne du tube distributeur 32.
L'embase 38 comporte une face annulaire 42 propre à prendre appui contre une face interne 44 de la paroi 14. La paroi 14 comprend deux orifices de passage 46, dont un seul est visible sur le dessin, qui présentent exactement le même entraxe que celui des deux perçages 40 de l'échangeur de chaleur secondaire 24.
Les orifices de passage 46 ont un diamètre interne supérieur au diamètre interne des perçages 40.
La paroi 14 comporte une face externe 48 qui est munie d'une couronne 50 en saillie qui s'étend coaxialement à l'orifice de passage 46. La couronne 50 comprend une face externe 52 généralement annulaire qui débouche sur une face interne 54 généralement cylindrique et qui est pourvue de deux bossages 56 parallèles entre eux (figure 2). La face cylindrique 54 et ses deux bossages 56 se raccordent au perçage 46 par un épaulement 58 de forme générale annulaire.
Le dispositif représenté sur la Figure 1 comprend en outre deux tubulures de raccordement 60, dont une seule est visible sur le dessin, qui traversent à étanchéité la paroi 14 et par lesquelles l'échangeur de chaleur secondaire 24 est fixé à l'intérieur de la boîte à eau 10. Chacune des tubulures 60 est rapportée sur l'échangeur de chaleur 24 en étant introduite successivement à travers les orifices 46 de la paroi 14 et dans un perçage 40 d'une embase 38 auquel il est ensuite fixé par sertissage, comme cela sera décrit plus loin.
La tubulure de raccordement 60 (Figure 3) comprend une partie intermédiaire 62 munie d'une collerette 64, cette partie intermédiaire étant prolongée d'un côté par une partie terminale déformable 66 et de l'autre côté par un embout de liaison 68.
La partie terminale 66 est limitée par une face externe 70 initialement cylindrique et par une face interne 72 initialement tronconique dont le diamètre va en diminuant en direction d'une face annulaire 74 qui constitue l'extrémité libre de la partie terminale 66.
La face externe 70 initialement cylindrique se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre, à une face tronconique externe 76 dont le diamètre va en augmentant en direction de la collerette 64. La face interne 72 initialement tronconique de la partie terminale 66 se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre 74, à une face interne cylindrique 78 formant un passage intermédiaire à l'intérieur de la tubulure 60. De ce fait, la partie intermédiaire 62 et la partie terminale 66 se raccordent entre elles par une zone annulaire 80 de plus faible épaisseur.
La collerette 64 comporte une face annulaire 82 qui se raccorde avec une face périphérique 84 de forme générale cylindrique pourvue de deux méplats 86. La face périphérique 84 se raccorde, par une face annulaire 87, à une face cylindrique 88 qui constitue la face externe de l'embout 68. Ce dernier possède un taraudage interne 90 qui se raccorde avec la face interne 78 par l'intermédiaire d'une partie tronconique 92.
La tubulure de raccordement 60 est réalisée dans un métal déformable, par exemple en aluminium, de telle sorte que la partie terminale 66 puisse être expansée radialement au moyen d'un outillage approprié, cette expansion étant favorisée par la présence de la zone 80 de plus faible épaisseur.
On a représenté, en traits fantômes sur la Figure 3, un outil 94 comportant une tige 96 prolongée par une tête 98. Cette dernière comprend une partie tronconique 98a dont l'extrémité de plus faible diamètre (d) est reliée à la tige 96 et dont l'autre extrémité de plus grand diamètre (D) est reliée à une partie 98b ayant sensiblement la forme d'une calotte sphérique.
Le diamètre d de l'outil correspond approximativement au diamètre interne de la partie terminale 66 au niveau de son extrémité libre 74 tandis que le diamètre D de l'outil correspond sensiblement au diamètre interne du passage intermédiaire défini par la partie cylindrique 78.
Dans l'exemple représenté, la tige 96 de l'outil 94 est introduite par l'extrémité libre de la partie terminale 66 dans le sens indiqué par la flèche F, de telle sorte que la tête 98 fasse saillie au-delà de l'extrémité libre de la partie terminale 6 6.
On décrira maintenant la manière dont on effectue la fixation et le raccordement de l'échangeur de chaleur secondaire 24 à l'intérieur de la boîte à eau 10.
On introduit l'échangeur de chaleur secondaire 24 par la face ouverte de la boîte à eau 10 et on positionne l'échangeur de chaleur 24 de telle sorte que les perçages 40 des embases 38 se trouvent dans l'alignement axial des orifices 46 de la paroi 14. On introduit ensuite les deux tubulures 60, soit simultanément, soit successivement, en munissant la tubulure de l'outil 94 telle que représentée sur la Figure 3. Lors de l'introduction, la partie terminale 66 traverse successivement l'orifice de passage 46 de la paroi 14 et le perçage 40 de l'embase 38 jusqu'à ce que la face annulaire 82 de la collerette 64 prenne appui contre la face annulaire 58 de la paroi 14. Au préalable, un joint torique d'étanchéité 1.00 est placé dans l'espace annulaire menagée entre la face externe tronconique 76 de la partie intermédiaire 62, l'orifice 46 de la paroi 14 et la face d'appui 42 de l'embase 38. La collerette 64 vient ainsi en butée dans son logement et les méplats 86 de la collerette coopèrent avec les bossages 56 de la couronne 52 pour empêcher la rotation de la tubulure autour de son axe. Dans la position de butée ainsi obtenue, le joint torique 100 est comprimé et assure l'étanchéité au niveau du raccordement entre la paroi 14, l'embase 38 et la tubulure 60.
L'embase 38 étant appliquée par sa face 42 contre la face interne 44 de la paroi 14, on exerce sur la tige 96 de l'outil 94 une traction dans la direction de la flèche F. La partie tronconique 98a de la tête 98 provoque ainsi l'expansion radiale de la partie terminale 66 si bien que la face interne 72, qui était initialement tronconique, devient sensiblement cylindrique et dans le prolongement de la face interne cylindrique 78 comme montré à la Figure 4.
La face interne 70, initialement cylindrique, de la partie terminale 66 est rabattue vers l'extérieur et assure le sertissage de la partie terminale 66 sur l'embase 38.
En variante, l'opération de sertissage doit être réalisée avec un outil différent.
Par exemple, on pourrait d'abord introduire la partie terminale 66 de la tubulure 60 au travers de l'orifice 46 et du perçage 40 et introduire ensuite un outil à partir de l'extrémité opposée de la tubulure, dans une direction opposée à celle représentée par la flèche F. Dans ce cas, il faudrait que la tête de l'outil ait une forme sensiblement différente de celle de la tête 98, par exemple une forme d'olive. En ce cas, le sertissage serait effectué lors du mouvement d'introduction de l'outil, ce dernier étant ensuite ressorti en étant déplacé dans le sens de la flèche F.
Après mise en place des deux tubulures 60, la boîte à eau 10 peut être raccordée par sa face ouverte sur la plaque collectrice 20, de manière en soi connue.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation précédemment décrite et illustrée sur les dessins. En particulier, au lieu d'utiliser un échangeur de chaleur secondaire à lames, on pourrait utiliser un échangeur de chaleur d'un autre type, par exemple de type cylindrique. De même, il n'a été fait mention que d'un seul joint torique 100, mais il peut être prévu qu'un second joint d'étanchéité soit disposé entre la face interne 44 et l'embase 42.

Claims

1.- Boîte à eau d'un échangeur de chaleur principal, contenant un échangeur de chaleur secondaire (24) à deux tubulures de raccordement (60) qui traversent à étanchéité une paroi (14) de la boîte à eau (10) et par lesquelles l'échangeur de chaleur secondaire est fixé dans la boîte à eau, chacune des tubulures (60) étant rapportée sur l'échangeur de chaleur secondaire par l'introduction dans un orifice de passage (46) de la paroi (14) de la boîte à eau et fixation dans une embase (38)de l'échangeur de chaleur secondaire (24), caractérisée en ce que chaque tubulure de raccordement (60) comporte une partie terminale déformable (66) propre à être expansée radialement dans un perçage (40) de l'embase (38),

2.- Boîte à eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tubulure de raccordement (60) comprend une partie intermédiaire (62) ayant une collerette (64) propre à prendre appui contre la paroi (14) de la boîte à eau (10), autour de l'orifice de passage (46), du côté extérieur de la boîte à eau, cette partie intermédiaire (62) se prolongeant, d'un côté, par la partie terminale déformable (66) et, du côté opposé, par un embout de liaison (68),

3.- Boîte à eau selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie terminale (66) est limitée par une face externe (70) initialement cylindrique et par une face interne (72) initialement tronconique dont le diamètre diminue en direction de l'extrémité libre (74) de la partie terminale (66),

4.- Boîte à eau selon la revendication 3, caractérisée en ce que la face externe (70) initialement cylindrique de la partie terminale (66) se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre (74), à une face externe tronconique (76) dont le diamètre va en augmentant en direction de la collerette (64), et en ce que la face interne initialement tronconique (72) de la partie terminale (66) se raccorde, du côté opposé à son extrémité libre (74), à une face interne cylindrique (78) d'un passage intermédiaire qui s'étend en partie à l'intérieur de la tubulure (60), ce qui permet de ménager une zone annulaire de raccordement (80) de plus faible épaisseur entre la partie intermédiaire (62) et la partie terminale (66),

5.- Boîte à eau, selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie terminale (66) est propre à être expansée radialement de telle sorte que, après sertissage, la face interne (72) initialement tronconique, de la partie terminale (66) devient sensiblement cylindrique en prolongeant la face interne cylindrique (78) du passage intermédiaire,

6.- Boîte à eau selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint torique d'étanchéité (100) logé dans un espace annulaire ménagé entre la face tronconique externe (76) de la partie intermédiaire (62), l'orifice de passage (46) de la paroi (14) de la boîte à eau et l'embase (38),

7.- Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la tubulure de raccordement (60) est formée d'un métal déformable, en particulier d'aluminium,

8.- Boîte à eau selon la revendication 2, caractérisée en ce que la collerette (64) est propre à être reçue dans un logement (56, 58) de forme adaptée que comporte la paroi (14) de boîte à eau (10) autour de l'orifice de passage (46), du côté extérieur de la boîte à eau,

9.- Boîte à eau selon la revendication 8, caractérisée en ce que la collerette (64) comprend au moins un méplat (86) propre à coopérer avec un bossage (56) de forme correspondante du logement, pour immobiler en rotation la tubulure dans la paroi de la boîte à eau,