EP0797066B1 - Ebauche de plaque collectrice pour échangeur de chaleur notamment de vehicule automobile - Google Patents

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EP0797066B1
EP0797066B1 EP97103936A EP97103936A EP0797066B1 EP 0797066 B1 EP0797066 B1 EP 0797066B1 EP 97103936 A EP97103936 A EP 97103936A EP 97103936 A EP97103936 A EP 97103936A EP 0797066 B1 EP0797066 B1 EP 0797066B1
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EP
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tubes
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dished
impressions
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49373—Tube joint and tube plate structure

Definitions

  • the invention relates to collector plates, or collectors, for heat exchangers, especially for vehicles automotive, especially those that include in a central part at least one row of holes parallels suitable for receiving tube ends.
  • Parallel holes are generally made in stamped, by punching.
  • a second punching step holes are made, one per stamped, and whose shapes and dimensions are adapted to the cross section of tubes to be introduced.
  • the stamping carried out in the first stage cannot correspond to a single type of tube whose dimensions are chosen.
  • one of the objects of the invention is to provide a collector which does not have the disadvantage of prior art collectors.
  • the invention provides a blank according to claim 1.
  • a single stamping tool allows make stampings whose aligned footprints allow making holes of different sections.
  • a single footprint will be sufficient to make a hole small dimensions, while two footprints aligned and consecutive will allow for example the realization of a larger hole, or two holes smaller dimensions.
  • the invention also provides a method according to claims 5 and 6.
  • a method according to the preamble of claim 5 is known from FR-A-2,538,526.
  • a heat exchanger usually includes one or two fluid boxes (not shown) into which open ends of metal tubes 1 (see FIG. 5), and forming a bundle of tubes spaced by fins.
  • collector plate 2 which also forms the cover of the fluid box.
  • the collector plate 2 comprises, on the one hand, a part central called “bottom”, and on the other hand, over the whole periphery of its central part, a peripheral edge shaped 4, for example by folding, which defines a groove 5 in U arranged to accommodate a peripheral heel made on the periphery of the wall forming the fluid box.
  • Each stamped 6-i has a hole 7 (in the example illustrated in figure 1 only stamped 6-3 is provided with a hole) likely to receive a tube end 1.
  • the stampings are preferably intended to accommodate tubes oblong (also called flat tubes) with a minor axis B (or width), and major axis A (or length).
  • tubes are positioned in the plate manifold 2 parallel to the short side, or transverse side, of the collector plate 2. Consequently, in the following the description, we will consider that the length of a section of tube 1 (or of hole 7) corresponds to a direction substantially perpendicular to the long side (or longitudinal side) of the collector plate 2, while the width of a section of tube 1 (or hole 7), corresponds in a direction substantially perpendicular to the short side (or transverse side) of the collector plate 2.
  • each stamp 6 is subdivided into at minus two undercuts 8a and 8b each forming a footprint.
  • each deep-drawn 6-i is actually subdivided into three deep-drawn 8a at 8c.
  • the peripheral edges 4 surrounding the flat central part 3 preferably already have a conformation forming the U-shaped groove 5.
  • stamping using a stamping tool with a multiplicity of heads parallel stamping each comprising as many sub-parts aligned as necessary we just stamp the central part 3 the blank to form the multiplicity of 6-i stamps each comprising as many undercuts (or imprints) 8 aligned that each head of the stamping tool has of subparts.
  • pre-collector or standard blank which can be transformed by punching into a large number of collector plates 2 adapted to receive tubes of different sections, respectively.
  • the hole 7 of stamped 6-3 is made over the entire length of the three undercuts 8a to 8c (or imprints), so that said hole has a length A3 (see Figures 2 and 4).
  • the invention also provides that the stamped 6-i, and therefore the pressed stamps 8, have a dimension in the Y-Y direction perpendicular to the alignment direction X-X of the undercuts, sufficient to allow the realization of at least two widths of different holes (see Figure 5).
  • stampings 6 are wide enough to allow the making holes of five different widths B.
  • the number of undercuts (or footprints) of the same stamped may be much greater than two, and the width of the stampings can be adapted to allow more than five different hole widths.

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Description

L'invention concerne les plaques collectrices, ou collecteurs, pour échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, et plus particulièrement celles qui comprennent dans une partie centrale au moins une rangée de trous parallèles propres à recevoir des extrémités de tubes.
Les trous parallèles, dont la forme est adaptée à celle du tube qui doit les traverser, sont généralement réalisés dans des emboutis, par poinçonnage.
Pour fabriquer un tel collecteur, il faut tout d'abord partir d'une ébauche appelée "médaillon" que, dans une première étape on emboutit à l'aide d'un premier outil, afin de former une pluralité d'emboutis parallèles.
Dans une seconde étape de poinçonnage, on réalise des trous, un par embouti, et dont les formes et dimensions sont adaptées à la section transversale de tubes à introduire. L'emboutissage réalisé dans la première étape ne peut correspondre qu'à un unique type de tube dont les dimensions sont choisies.
En conséquence, si l'on souhaite réaliser un échangeur de chaleur muni de tubes de dimensions sensiblement différentes, il est nécessaire de prendre une nouvelle ébauche vierge d'emboutissage, puis d'emboutir celle-ci à l'aide d'un nouvel outil d'emboutissage et enfin de la poinçonner avec un nouveau poinçon.
Il n'existe donc pas de collecteur d'un type standard, susceptible d'être adapté aux dimensions de tubes de sections différentes.
En conséquence, un des buts de l'invention est de procurer un collecteur qui ne présente pas l'inconvénient des collecteurs de la technique antérieure.
L'invention propose à cet effet une ébauche selon la revendication 1.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention sont énoncées dans les revendications 2 à 4.
De la sorte, un unique outil d'emboutissage permet de réaliser des emboutis dont les empreintes alignées autorisent la réalisation de trous de sections différentes. Une unique empreinte suffira à la réalisation d'un trou de petites dimensions, tandis que deux empreintes alignées et consécutives permettront par exemple la réalisation d'un trou de plus grandes dimensions, ou bien de deux trous de plus petites dimensions.
De plus, en partant d'une ébauche standard, que l'on emboutit à l'aide d'un unique outil d'emboutissage capable de réaliser en une unique opération une pluralité d'emboutis parallèles comportant chacun trois empreintes alignées, on peut réaliser, à l'aide de poinçons de formes différentes, au moins quinze collecteurs dont les trous présentent des dimensions différentes.
L'invention propose également un procédé selon les revendications 5 et 6.
Un procédé selon le préambule de la revendication 5 est connu par FR-A-2 538 526.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 illustre une vue en perspective d'une partie d'un collecteur selon l'invention dans un mode de réalisation préféré;
  • la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II-II du collecteur de la figure 1;
  • la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III du collecteur de la figure 1;
  • la figure 4 est une vue en coupe transversale selon la ligne IV-IV du collecteur de la figure 1; et
  • la figure 5 est une vue en coupe longitudinale selon l'axe V-V du collecteur de la figure 1.
Un échangeur de chaleur comprend généralement une ou deux boites à fluide (non représentées) dans lesquelles débouchent des extrémités de tubes métalliques 1 (voir figure 5), et formant un faisceau de tubes espacés par des ailettes.
Ces tubes sont généralement maintenus parallèles les uns aux autres par une plaque collectrice 2 (ou collecteur) qui forme également couvercle de la boíte à fluide.
La plaque collectrice 2 comprend, d'une part, une partie centrale appelée "fond", et d'autre part, sur toute la périphérie de sa partie centrale, un bord périphérique conformé 4, par exemple par pliage, qui délimite une gorge 5 en U agencée pour loger un talon périphérique réalisé sur la périphérie de la paroi formant la boite à fluide.
La plaque collectrice 2 comprend, dans sa partie centrale, une multiplicité d'emboutis ou bossages 6-i (i=1 à n, n étant le nombre total d'emboutis), parallèles les uns aux autres. Chaque embouti 6-i comprend un trou 7 (sur l'exemple illustré figure 1 seul l'embouti 6-3 est muni d'un trou) susceptible de recevoir une extrémité de tube 1.
Les emboutis sont de préférence destinés à loger des tubes de forme oblongue (encore appelés tubes plats) présentant un petit axe B (ou largeur), et un grand axe A (ou longueur). Habituellement, les tubes sont positionnés dans la plaque collectrice 2 parallèlement au petit côté, ou côté transversal, de la plaque collectrice 2. En conséquence, dans la suite de la description, on considérera que la longueur d'une section de tube 1 (ou de trou 7) correspond à une direction sensiblement perpendiculaire au grand côté (ou côté longitudinal) de la plaque collectrice 2, tandis que la largeur d'une section de tube 1 (ou de trou 7), correspond à une direction sensiblement perpendiculaire au petit côté (ou côté transversal) de la plaque collectrice 2.
Comme cela est illustré sur la figure 3, l'espace entre deux emboutis consécutifs est plan.
Selon l'invention, chaque embouti 6 est subdivisé en au moins deux sous-emboutis 8a et 8b formant chacun une empreinte. Dans l'exemple illustré sur les figures, chaque embouti 6-i est en fait subdivisé en trois sous-emboutis 8a à 8c.
Pour réaliser ces emboutis 6-i, on part d'une ébauche dont les bords périphériques 4 entourant la partie centrale plane 3 présentent, préférentiellement, déjà, une conformation formant la gorge en U 5. Puis par emboutissage à l'aide d'un outil d'emboutissage comportant une multiplicité de têtes d'emboutissage parallèles comprenant chacune autant de sous-parties alignées que cela est nécessaire (trois dans l'exemple illustré), on vient emboutir la partie centrale 3 de l'ébauche afin de former la multiplicité d'emboutis 6-i comprenant chacun autant de sous-emboutis (ou empreintes) 8 alignés que chaque tête de l'outil d'emboutissage comporte de sous-parties.
Il est clair que le nombre de sous-emboutis (ou empreintes) subdivisant un embouti dépend du nombre total de tubes de sections différentes utilisés par un fabricant pour réaliser les différentes variantes d'échangeurs de chaleur qu'il commercialise.
On dispose alors d'un "pré-collecteur" (ou ébauche standard) qui peut être transformé par poinçonnage en un grand nombre de plaques collectrices 2 adaptées pour recevoir des tubes de sections différentes, respectivement.
Par exemple, on peut réaliser un premier type de collecteur 2 dont seuls les sous-emboutis 8a comportent un trou 7 de longueur A1 (voir figure 2) et de largeur B1 (voir figure 5).
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 4, le trou 7 de l'embouti 6-3 est réalisé sur toute la longueur des trois sous-emboutis 8a à 8c (ou empreintes), de sorte que ledit trou présente une longueur A3 (voir figures 2 et 4).
On pourrait bien évidemment prévoir de nombreuses autres variantes de plaques collectrices 2, comme par exemple une première variante dans laquelle les trous sont réalisés sur deux sous-emboutis consécutifs 8a et 8b, afin de loger des tubes de longueur A2 (voir figure 2), ou bien une seconde variante dans laquelle on réalise deux rangées de trous de longueur A1 et A4 en utilisant, d'une part, les sous-emboutis 8a, et d'autre part, la combinaison des sous-emboutis consécutifs 8b et 8c. Dans ce dernier mode de réalisation, on peut ainsi loger, dans la largeur d'un boítier et par conséquent d'une plaque collectrice 2, deux tubes oblongs de dimensions sensiblement égales (si A1 = A4), ou bien différentes (si A1 ≠ A4), ce qui permet, par exemple, de réaliser des échangeurs de chaleur à une seule boite à fluide.
De même que l'on peut jouer sur la longueur des trous 7, on peut également jouer, selon l'invention, sur la largeur des trous 7. En effet, l'invention prévoit également que les emboutis 6-i, et donc les sous-emboutis 8, présentent une dimension dans la direction Y-Y perpendiculaire à la direction d'alignement X-X des sous-emboutis, suffisante pour autoriser la réalisation d'au moins deux largeurs de trous différentes (voir figure 5). De préférence, les emboutis 6 sont suffisamment larges pour permettre la réalisation de trous de cinq largeurs B différentes. Sur l'exemple illustré figure 5, on a matérialisé seulement trois largeurs différentes B1 à B3.
Ainsi, à l'aide d'un jeu complet de poinçons dont les têtes présentent des dimensions différentes, on peut à partir d'une ébauche emboutie selon l'invention (ou pré-collecteur), réaliser un très grand nombre de plaques collectrices 2 propres à loger des tubes de sections différentes. Cela permet, d'une part, d'avoir toujours à disposition un modèle d'ébauche standard (ou pré-collecteur) prêt à être poinçonné selon les besoins, et, d'autre part, de diminuer notablement les coûts de production des plaques collectrices.
De plus, il est également possible, en cas de besoin, d'adapter des collecteurs munis de trous d'une première section, en collecteurs munis de trous d'une seconde section supérieure en longueur et/ou largeur à la première section.
En résumé, pour réaliser une plaque collectrice selon l'invention, il faut effectuer les étapes suivantes :
  • dans une première étape, on prévoit une ébauche comportant une partie centrale plane 3;
  • dans une seconde étape, on emboutit la partie centrale 3 de l'ébauche à l'aide d'un outil d'emboutissage approprié, de sorte que cette partie centrale comporte une pluralité d'emboutis 6-i parallèles les uns aux autres et comprenant chacun au moins deux empreintes 8 (ou sous-emboutis) alignées, de dimensions respectives choisies; et
  • dans une troisième étape, on poinçonne l'une au moins des empreintes 8 de chaque embouti de la pluralité d'emboutis 6-i réalisés à l'étape précédente, individuellement, ou en combinaison, de sorte que l'on réalise des trous 7 de dimensions adaptées à l'introduction de tubes 1.
Une fois la plaque collectrice réalisée, il ne reste plus qu'à introduire les tubes dans les trous, puis à solidariser, par brasage ou soudage, la paroi externe de ces tubes à la plaque collectrice, au niveau des empreintes poinçonnées formant lesdits trous.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-avant, mais en embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.
Ainsi, le nombre de sous-emboutis (ou empreintes) d'un même embouti pourra être largement supérieur à deux, et la largeur des emboutis pourra être adaptée afin de permettre plus de cinq largeurs de trous différentes.

Claims (6)

  1. Ébauche de plaque collectrice pour échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, du type comprenant dans une partie centrale (3) au moins une rangée d'emboutis susceptibles d'être poinçonnés pour réaliser des trous (7) propres à recevoir des extrémités de tubes (1), caractérisée en ce que chaque embouti (6-i) comprend au moins deux empreintes alignées (8a-8c), de dimensions respectives choisies, et susceptibles d'être poinçonnées individuellement ou en combinaison, par des poinçons de dimensions caractéristiques différentes dans au moins la direction d'alignement (X-X), pour autoriser le passage de tubes (1) de dimensions différentes selon au moins cette direction d'alignement.
  2. Ébauche selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque empreinte (8) est susceptible d'être poinçonnée, par des poinçons de dimensions caractéristiques différentes dans une direction (Y-Y) perpendiculaire à la direction d'alignement (X-X) des empreintes d'un embouti, pour autoriser le passage de tubes d'au moins deux dimensions différentes selon cette direction perpendiculaire à l'alignement.
  3. Ébauche selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'une au moins des empreintes (8a) présente une dimension (Al) selon la direction d'alignement différente de la (ou des) dimension(s) (A2,A3) de l'autre (ou les autres) empreinte(s) (8b,8c).
  4. Ébauche selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chaque embouti (6-i) comprend trois empreintes alignées (8a-8c) susceptibles d'être poinçonnées individuellement ou en combinaison pour autoriser le passage de tubes (1) de trois dimensions différentes selon la direction d'alignement (X-X) et de cinq dimensions différentes selon une direction (Y-Y) perpendiculaire à cette direction d'alignement.
  5. Procédé de fabrication d'une plaque collectrice pour échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
    prévoir une ébauche comportant une partie centrale plane (3);
    emboutir ladite partie centrale (3) de ladite ébauche pour y former une pluralité d'emboutis (6-i) parallèles les uns aux autres; et
    poinçonner lesdits emboutis (6) de manière à réaliser des trous (7) pour le passage d'extrémités de tubes (1),
    caractérisé en ce qu'on emboutit ladite partie centrale (3) de telle sorte que chacun desdits emboutis (6-i) comprend au moins deux empreintes (8a-8c) alignées de dimensions respectives choisies, et qu'on poinçonne l'une au moins des empreintes (8) de chaque embouti (6), individuellement ou en combinaison, de manière à réaliser des trous (7) de dimensions adaptées pour autoriser le passage d'extrémités de tubes (1) de dimensions différentes selon au moins la direction d'alignement (X-X).
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans l'étape d'emboutissage les dimensions respectives des empreintes sont choisies de sorte que l'on puisse réaliser des trous dont la dimension selon la direction (Y-Y) perpendiculaire à la direction d'alignement (X-X) peut prendre au moins deux valeurs différentes.
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