FR2827801A1 - Procede de fabrication d'ailettes de refroidissement - Google Patents

Abstract

Ce procédé permet la fabrication d'ailettes de refroidissement pour un échangeur de chaleur comprenant des ailettes de refroidissement perforées de trous pour le passage de tubes de circulation de fluide. On prévoit un feuillard de tôle (30) ayant une largeur correspondant à la longueur de l'ailette à fabriquer. On dispose ce feuillard sur une machine comportant une pluralité de postes de travail (50, 54, 60, 62, 64) comportant un outillage réalisant une opération spécifique sur le feuillard (30). L'un de ces postes (50) réalise le poinçonnage des trous de passage des tubes. Un autre poste (64) réalise le pliage des bords d'extrémité (8) des bandes de tôle. Le pliage d'au moins l'un des deux bords d'extrémité est réalisé dans une zone d'extrémité contenant effectivement un trou de passage (12) d'un tube de circulation de fluide, ou susceptible d'en contenir un.

Description

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Procédé de fabrication d'ailettes de refroidissement L'invention concerne un procédé de fabrication d'ailettes de refroidissement pour un échangeur de chaleur, en particulier un échangeur de chaleur de véhicule automobile.

Plus particulièrement, elle concerne un procédé de fabrication d'ailettes de refroidissement pour un échangeur de chaleur comprenant des ailettes de refroidissement perforées de trous pour le passage de tubes de circulation de fluide, chaque ailette étant constituée d'une bande de tôle ayant généralement la forme d'un rectangle allongé, procédé dans lequel on prévoit un feuillard de tôle ayant une largeur correspondant à la longueur de l'ailette à fabriquer ; on dispose ce feuillard sur une machine comportant une pluralité de postes de travail du feuillard espacés d'un pas constant égal à la largeur de l'ailette à fabriquer, chaque poste comportant un outillage réalisant une opération spécifique sur le feuillard, l'un de ces postes réalisant le poinçonnage des trous de passage des tubes de circulation de fluide, et un autre de ces postes, situé après le poinçonnage des trous, réalisant le pliage des bords d'extrémité des bandes de tôle.

Un tel procédé est utilisé actuellement pour fabriquer des échangeurs de chaleur, par exemple des radiateurs de refroidissement pour les moteurs de véhicules automobiles, ou encore des condenseurs pour un circuit de climatisation de véhicule automobile.

Ces échangeurs sont constitués d'ailettes fines, parallèles les unes aux autres, traversées perpendiculairement par des tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur.

Les ailettes sont repliées à chacune de leurs extrémités, de manière à constituer ce que l'on appelle des bords tombés. Les

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bords tombés des ailettes successives se superposent de manière à former une paroi continue qui empêche le flux d'air qui traverse l'échangeur de s'échapper du côté des extrémités des ailettes.

Afin de réaliser les bords tombés, que l'on appelle également le relevage des bords, il est nécessaire de prévoir, sur chacun des côtés latéraux du feuillard, une zone d'une largeur déterminée ne comportant aucune perforation par poinçonnage, en particulier aucun trou de passage d'un tube de circulation de fluide, zone dans laquelle on réalisera un pliage de l'extrémité de l'ailette, de manière à constituer le bord tombé.

Pour réaliser des ailettes de longueurs différentes, on utilise des feuillards de largeurs différentes correspondant à la longueur des ailettes à réaliser. En effet, les ailettes sont disposées de telle manière que leur grande dimension est perpendiculaire à l'axe longitudinal du feuillard. Le remplacement d'un feuillard d'une largeur déterminée par un feuillard d'une largeur différente, plus grande ou plus petite, nécessite un grand nombre d'opérations à cause de la nécessité de prévoir à chacune des extrémités du feuillard une zone ne comportant pas de poinçonnage. Pour cela, il est nécessaire de démonter notamment les outils de poinçonnage des trous de passage des tubes ainsi que les outils de poinçonnage des persiennes. Il faut, en outre, adapter la position des outils de relevage des bords. Toutes ces opérations prennent du temps et empêchent de passer rapidement d'une longueur d'ailette à une autre.

Un autre inconvénient des procédés de l'art antérieur est qu'ils ne permettent pas d'ajuster la longueur de l'ailette en fonction des besoins, en particulier en fonction de la longueur des boîtes collectrices de l'échangeur. En effet, les trous de passage des tubes de circulation de fluide sont espacés d'un

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pas constant. La zone d'extrémité dépourvue de perforation doit nécessairement débuter à partir du dernier trou de passage situé du côté des extrémités de l'ailette, ce qui impose une contrainte sur la position de cette zone d'extrémité. Comme la longueur des ailettes n'est pas exactement égale à celle des boîtes collectrices, des fuites d'air se produisent entre le faisceau et les boîtes collectrices, ce qui impose d'utiliser des profilés clipsés à chacune des extrémités du faisceau pour éviter ces fuites d'air.

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'ailettes d'échangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients. Ce procédé doit permettre de simplifier et de rendre plus rapides les opérations nécessaires à l'adaptation de la machine à une fabrication d'ailettes de longueurs différentes. Il doit permettre également d'ajuster la longueur des ailettes exactement en fonction des besoins, en s'affranchissant des contraintes imposées par le pas d'espacement des trous de passage des tubes.

Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le pliage d'au moins l'un des deux bords du feuillard est réalisé dans une zone d'extrémité contenant effectivement un trou de passage d'un tube de circulation de fluide, ou susceptible d'en contenir un.

Grâce à cette caractéristique, il n'est pas nécessaire de démonter les poinçons de perforation des trous de tubes de circulation de fluide. Lorsque l'on passe d'une longueur d'ailette donnée à une longueur plus courte, les poinçons de perforation des trous de tubes situés en regard de la ou des zones d'extrémité poinçonnent des trous de passage des tubes dans cette zone. Le relevage des bords sera néanmoins effectué, en dépit de la présence de cette perforation.

Les poinçons de perforation des trous de tubes situés au-delà

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des extrémités de l'ailette et qui n'ont pas été démontés travaillent dans le vide. Ceci ne constitue toutefois pas un inconvénient. Cela permet, au contraire, de les rendre immédiatement réutilisables lorsque l'on doit passer d'une longueur d'ailette plus courte à une longueur d'ailette plus longue.

Etant donné que les feuillards ont deux bords latéraux, il est possible de régler la position des outils à chacun de ces deux bords.

Généralement, les moyens d'entraînement du feuillard étant situés sensiblement au milieu de la presse, entre les deux postes d'extrémité, on réalise le réglage de la longueur d'ailette de façon symétrique, en ajoutant ou en enlevant autant de postes à gauche et à droite du poste milieu, ceci afin d'éviter de mettre le feuillard en porte-à-faux.

Généralement, des persiennes sont pratiquées dans les ailettes entre les trous de passage des tubes. Ces ailettes permettent d'augmenter l'échange thermique entre les ailettes et le flux gazeux. La machine doit alors comporter un poste de poinçonnage des persiennes entre les trous de passage des tubes. Il est possible, selon le procédé de l'invention, de ne pas démonter l'outil de poinçonnage des ailettes. Toutefois, de préférence, on ne poinçonne pas de persiennes entre le dernier trou de passage d'un tube et le bord plié de l'ailette.

Ceci impose d'avoir à démonter l'outil ou les outils de poinçonnage des persiennes. Cette opération peut se faire facilement, contrairement à d'autres types de poinçons qui doivent être démontés en bloc si l'on souhaite enlever un ou deux poinçons.

Par ailleurs, des collets sont généralement formés dans les ailettes autour des trous de passage des tubes pour augmenter

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la surface de contact entre le tube et l'ailette. Les collets sont réalisés en deux opérations successives. Dans une première étape, on relève les bords du collet et, dans une seconde étape, on évase le collet. Selon une première variante du procédé, on ne démonte pas les outils de relevage et d'évasage des collets dans les zones d'extrémité. En conséquence, le pliage est réalisé par dessus le collet. Toutefois, de préférence, on démonte les outils de relevage et d'évasage des collets dans au moins l'une des deux zones d'extrémité. Ceci permet d'effectuer le pliage de l'extrémité de l'ailette (le relevage) dans une zone ne présentant pas de collet. Cela facilite cette opération. En contrepartie, cela oblige à démonter les outils correspondants.

Sous un autre aspect, l'invention concerne une ailette de refroidissement pour échangeur de chaleur, pouvant être obtenue par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :

- la Figure 1 est une vue générale schématique d'un échangeur de chaleur comportant des ailettes de refroidissement ; - la Figure 2 est une vue en plan d'une ailette de refroidissement de l'art antérieur, d'un échangeur de chaleur tel que celui qui est illustré sur la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue schématique en élévation illustrant le procédé de fabrication d'ailettes de refroidissement pour un échangeur de chaleur ; - la Figure 4 est une vue de dessus partielle d'un feuillard de tôle pour la fabrication d'ailettes de refroidissement d'échangeur ; - les Figures 5 et 6 sont, respectivement, une vue de dessus et une vue de côté d'une extrémité d'une ailette de

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refroidissement réalisée conformément au procédé de fabrication de l'invention.

L'échangeur représenté sur la Figure 1, illustre à la fois l'art antérieur et l'invention. Il s'agit par exemple d'un radiateur de refroidissement pour un moteur de véhicule automobile, qui est constitué de deux boîtes collectrices 2 espacées l'une de l'autre et reliées par des tubes 4 de circulation d'un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau. Des ailettes de refroidissement 6 sont disposées perpendiculairement au tube 4. Ces ailettes sont constituées par de fines bandes de tôle, de forme générale rectangulaire.

Elles comportent à leur extrémité un bord replié 8, également appelé bord tombé parce que, comme on peut le voir sur la Figure 1, les bords pliés sont dirigés vers le bas de l'échangeur. Les bords tombés forment une paroi latérale continue à chacune des extrémités gauche et droite de l'échangeur. Ces parois permettent de canaliser le flux d'air qui traverse le faisceau de l'échangeur et évitent d'avoir à utiliser des joues. Les bords tombés aident également au centrage des ailettes entre elles pendant l'opération d'enfilage de tubes.

On a représenté sur la Figure 2 une vue de dessus d'une ailette conforme à l'art antérieur pour l'échangeur de la Figure 1.

Cette ailette présente la forme d'un rectangle très allongé, comportant deux grands côtés 10 et deux petits côtés 12. La surface de l'ailette est perforée de trous de passage de tubes 12, régulièrement espacés l'un de l'autre. Les trous 12 présentent, dans l'exemple, une forme allongée ovoïde correspondant au profil extérieur des tubes 4 qui traversent ces trous. Des persiennes 14 sont poinçonnées entre les trous de passage 12. Les persiennes 14 présentent, en vue de dessus, une forme en diabolo, de manière à s'adapter au plus près à la forme des trous 12. A chacune des extrémités de l'ailette 6, on trouve une zone d'extrémité 16 délimitée par une ligne en

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traits mixtes 18. Les deux bords tombés 8 sont réalisés dans les zones d'extrémité 16, selon la ligne de pliage 20 représentée en traits tiretés. Les bords tombés 8 sont entièrement contenus dans les zones d'extrémité 16 et il subsiste, en outre, une distance minimale entre la ligne de pliage 20 et la ligne 18 qui délimite la zone d'extrémité, afin de garantir que les bords tombés seront réalisés dans une zone ne comportant aucune perforation.

Comme on l'a expliqué précédemment, la nécessité de prévoir, selon l'art antérieur, une zone d'extrémité 16 ne comportant pas de perforation à chacune des extrémités de l'ailette 6 oblige à démonter l'ensemble des outils de la presse situés en regard de cette zone lorsque l'on passe de la fabrication d'une ailette d'une certaine longueur à la fabrication d'une ailette de longueur plus courte. En particulier, il est nécessaire de démonter les poinçons de perforation des trous de passage des tubes 12, ce qui demande beaucoup de temps. Il est en outre nécessaire de démonter les poinçons de perforation des persiennes. On remarque, en effet, qu'il n'existe pas de persienne entre les trous de passage des tubes 12 situés aux deux extrémités de l'ailette et les limites 18 des zones d'extrémité 16.

On remarque, en outre, que deux encoches 22 sont réalisées à chacune des extrémités de l'ailette. Ces encoches ont pour fonction de permettre de clipser un profilé à chacune des extrémités du faisceau d'échange de chaleur. Ce profilé a notamment pour fonction de colmater les fuites d'air qui peuvent apparaître entre chacune des boîtes collectrices 2 et le faisceau d'échange de chaleur, étant donné qu'il n'est pas possible d'ajuster exactement la longueur du faisceau à la longueur des boîtes collectrices.

On a représenté schématiquement sur la Figure 3 une machine du type presse pour la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication

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d'ailettes d'échangeur de chaleur. Cette description s'applique aussi bien au procédé de l'art antérieur qu'à celui de l'invention. Un feuillard de tôle 30 dévidé à partir d'une bobine 32 de longueur indéfinie passe sur la table 34 d'une presse. La presse est équipée de moyens qui permettent de faire avancer le feuillard 30 par pas successifs d'une distance égale à la largeur de l'ailette, c'est-à-dire égale à la longueur du petit côté 12 de l'ailette (voir Figure 2), comme schématisé par la flèche 36. La presse est équipée d'une série de postes de travail, par exemple six, disposés les uns derrière les autres dans le sens de l'avance du feuillard 30. Trois postes seulement, référencés 38,40 et 42, ont été représentés sur la Figure 3. Chaque section 44 du feuillard passe successivement devant chacun des postes de travail 38,40 et 42 pour y subir une opération déterminée de fabrication, par exemple un poinçonnage ou une mise en forme. Lorsqu'une section 44 du feuillard est passée devant chacun des postes de travail de la presse, l'ailette est terminée. Le dernier poste de la presse, le poste 42, est le poste de relevage des bords de l'ailette.

Le feuillard est ensuite refendu dans le sens de sa largeur pour séparer les unes des autres les ailettes finies.

On a représenté sur la Figure 4 une vue de dessus fragmentaire d'un feuillard de tôle 30 en cours de travail dans une presse du type illustré sur la Figure 3. Le feuillard 30 représenté sur la Figure 4 est fabriqué conformément au procédé de l'invention. On a représenté seulement sur la Figure 4 un bord latéral du feuillard. Il faut s'imaginer que ce dernier se poursuit à gauche et à droite de la figure, comme schématisé par les traits mixtes 46. Ce feuillard est dévidé à partir d'une bobine (non représentée) située à la droite de la figure. Il avance de la droite vers la gauche, comme schématisé par la flèche 36. Toutefois, étant donné que l'on a illustré, sur la Figure 4, la fabrication d'ailettes comportant deux rangs de tubes, la largeur de l'ailette est le double d'une ailette comportant un seul rang de tubes et le pas d'avance du

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feuillard est également doublé.

Dans le procédé de fabrication illustré sur la Figure 4, le premier poste de travail est le poinçonnage des persiennes 14 (voir Figure 2). Ce poste de travail n'a pas été représenté sur la Figure 4 par souci de simplification. Le second poste de travail, référencé 50, est le poinçonnage des collets. Les collets, on le rappelle, sont un rebord des trous 12 de passage des tubes (voir Figure 2) relevés à 90'par rapport au plan de l'ailette, et entourant le tube de manière à augmenter la surface de contact entre l'ailette et le tube afin de favoriser le transfert thermique entre l'ailette et le tube, que l'ailette soit ou non brasée. Dans une première étape de la réalisation des collets, on perfore une ouverture 52 comprenant un profil denté dans la surface du feuillard. Etant donné que les ailettes à réaliser comportent deux rangées de tubes, il y a deux postes 50 jumeaux accolés l'un à l'autre.

Le poste suivant 54 est consacré à la réalisation d'encoches dans le feuillard. Il y a deux types d'encoches. Des encoches 56 sont formées sur le bord latéral extrême du feuillard, aux emplacements correspondant à la ligne de séparation entre deux ailettes. C'est selon cette ligne que les ailettes seront séparées les unes des autres à une étape ultérieure de leur fabrication. Les encoches 56, en délimitant entre elles des bandes de tôle, ont pour fonction de permettre le relevage des bords pliés 8 (voir Figure 2) de l'ailette.

Le second type d'encoches 58 est destiné au clipsage d'un profilé sur les bords du faisceau d'échange de chaleur. Les encoches 58, réalisées dans la surface même de la tôle, se présentent en cours de fabrication comme un trou. Les encoches ne prendront leur forme définitive qu'après refendage des ailettes. Une partie du trou se trouvera sur une ailette, tandis que l'autre partie du trou appartiendra à l'ailette adjacente. On comprend que l'on réalise ainsi deux encoches 58

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en un seul poinçonnage.

Le poste suivant 60 est consacré au relevage des collets. A cette fin, un extracteur (non représenté) est introduit dans les ouvertures 52 pratiquées au poste de travail 50.

L'extracteur a pour fonction de relever les dents du profil denté formant la périphérie des ouvertures 52. Au poste suivant 62, les collets sont évasés au moyen d'un nouvel outil (non représenté), de manière à leur donner leur forme définitive.

Cette opération étant effectuée, les trous de passage des tubes 12, tels que représentés sur la Figure 2, sont terminés. Le poste de travail suivant 64 a pour fonction d'effectuer le relevage des bords des ailettes. Ce relevage est facilité par le fait que, comme on l'a expliqué, on a découpé des encoches 56 qui délimitent les bandes de tôle à relever. Le relevage des bords est effectué au moyen d'un outil de relevage (non représenté) de type conventionnel.

Conformément à l'invention, un trou de passage pour un tube a été perforé dans la zone d'extrémité 16 de l'ailette (Figure 2). Ce trou a été désigné par la référence 66 afin de le distinguer des trous génériques 12 poinçonnés en dehors des zones d'extrémité 16. Le relevage des bords pliés 8 est effectué sur le trou de passage 66. Ce trou, cela va de soi, ne sera pas traversé par un tube 4 (Figure 1).

Le fait de réaliser le pliage du bord relevé 8 sur le trou 66, ou à proximité de celui-ci, permet de ne pas démonter les outils de poinçonnage et de formage qui servent à la réalisation de ce trou. De la sorte, l'adaptation de la presse à la fabrication d'ailettes d'une longueur plus courte que les ailettes fabriquées à une étape précédente est plus rapide. En effet, le démontage de ces outils de poinçonnage est une opération qui demande beaucoup de temps. On peut passer ainsi plus rapidement d'une longueur d'ailette plus longue à une longueur d'ailette plus courte. Inversement, après avoir

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réalisé une fabrication d'ailettes courtes, on peut revenir rapidement à la fabrication d'ailettes plus longues puisqu'il n'est pas nécessaire de remettre en place les outils de poinçonnage étant donné que ceux-ci n'ont pas été démontés.

Ainsi, l'invention réside dans le fait d'avoir remarqué que la présence de trous de passage dans la zone d'extrémité 16 nécessaire à la réalisation des bords tombés 8 n'empêchait pas la réalisation de ces bords. Il est vrai que les bords 8, qui chevauchent un trou perforé 66, présentent des ouvertures par lesquelles l'air peut s'échapper latéralement du faisceau.

Toutefois, la présence du profilé qui sera clipsé dans les encoches 22,58 permet de colmater ces fuites.

Il existe deux variantes de réalisation du procédé. Selon une première variante, illustrée sur les Figures 5 et 6, le relevage des bords est effectué après le relevage des collets 70. Dans cette variante, on ne démonte par conséquent aucun des outils permettant la réalisation des trous de passage des tubes.

Dans une autre réalisation, on démonte les outils qui réalisent les collets du dernier trou 66. Ces outils sont, tout d'abord, l'outil d'extraction du poste 60 et l'outil d'évasage des collets du poste 62. Cette seconde variante du procédé est plus longue que la première. Toutefois, elle facilite le pliage des bords 8 parce qu'il n'y a pas de collet 70 pour gêner ce pliage.

Toutefois, le passage d'une longueur d'ailette à une autre nécessite une adaptation de la presse.

Il est tout d'abord nécessaire, évidemment, de régler la position de l'outil de relevage des bords 8. Comme généralement les moyens d'entraînement du feuillard sont situés sensiblement au milieu de la presse, entre les deux postes d'extrémité, on

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réalise alors le réglage de la longueur d'ailette de façon symétrique, en ajoutant ou en enlevant autant de postes à gauche et à droite du poste milieu, ceci afin d'éviter de mettre le feuillard en porte-à-faux.

Il est également nécessaire de modifier la position des poinçons qui réalisent les encoches 56 (poste 54, Figure 4).

On notera, en outre, que sur la Figure 4 on n'a pas perforé de persienne entre le trou 12 de passage d'un tube extrême et le trou 66. Cela signifie que l'on a démonté cet outil pour réaliser l'adaptation de la fabrication à des ailettes de longueur plus courte. Le démontage de cet outil est une opération supplémentaire, elle peut toutefois être réalisée rapidement car le démontage du poinçon qui réalise la persienne est beaucoup plus facile à faire que le démontage des autres outils, en particulier des outils de poinçonnage des ouvertures 52. En contrepartie, la suppression des persiennes facilite notablement la réalisation du bord relevé 8.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation du procédé qui viennent d'être décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims (4)

1. Revendications 1. Procédé de fabrication d'ailettes de refroidissement pour un échangeur de chaleur comprenant des ailettes de refroidissement (6) perforées de trous (12) pour le passage de tubes (4) de circulation de fluide, chaque ailette (6) étant constituée d'une bande de tôle ayant généralement la forme d'un rectangle allongé, procédé dans lequel on prévoit un feuillard de tôle (30) ayant une largeur correspondant à la longueur de l'ailette (6) à fabriquer ; on dispose ce feuillard (30) sur une machine comportant une pluralité de postes de travail (50,54, 60,62, 64) espacés d'un pas constant égal à la largeur de l'ailette (6) à fabriquer, chaque poste comportant un outillage réalisant une opération spécifique sur le feuillard (30), l'un de ces postes (50) réalisant le poinçonnage des trous (52) des tubes de circulation de fluide, et un autre de ces postes (64) situé après le poste de poinçonnage des trous, réalisant le pliage des bords d'extrémité (8) des bandes de tôle, caractérisé en ce que le pliage d'au moins l'un des deux bords d'extrémité (8) du feuillard (30) est réalisé dans une zone d'extrémité (16) contenant effectivement un trou de passage (12) d'un tube de circulation de fluide, ou susceptible d'en contenir un.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la machine comporte un poste de poinçonnage de persiennes entre les trous (52) de passage des tubes, caractérisé en ce qu'on ne poinçonne pas de persienne (14) entre le dernier trou (12) situé hors de la zone d'extrémité (16) et le bord plié (8).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on démonte les outils de relevage et d'évasage des collets dans au moins l'une des deux zones d'extrémité (16).
4. 4. Ailette de refroidissement pour échangeur de chaleur, pouvant être obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.