FR2927411A1 - Moyens d'etancheite pour une boite collectrice d'echangeur de chaleur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comportant une plaque collectrice destinée à la fixation d'une pluralité de tubes dans lesquels circule au moins un fluide, et un couvercle destiné à fermer au moins en partie ladite boîte collectrice, lors de sa fixation avec ladite plaque collectrice, ainsi qu'un moyen d'étanchéité élastique (1) situé entre la plaque collectrice et le couvercle, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité (1) est disposé en appui et en tension sur au moins deux extrémités de tube.Elle concerne l'échangeur de chaleur incorporant deux boîtes collectrices telles que définies ainsi que le procédé de mise en place d'un tel joint d'étanchéité dans une boîte collectrice.
Description
Moyens d'étanchéité pour une boîte collectrice d'échangeur de chaleur
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de 5 chaleur, en particulier pour véhicules automobiles.
L'invention concerne plus spécifiquement une boîte collectrice montée sur un échangeur de chaleur brasé, c'est-à-dire dont les différents éléments sont fixés 10 définitivement les uns aux autres par une opération de brasage (disposition d'une couche de brasage et passage dans un four de brasage dédié).
Les échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, tels 15 que les radiateurs et échangeurs de suralimentation, utilisent des boîtes collectrices, formant une chambre d'admission ou d'évacuation, en une ou plusieurs pièces. Classiquement, ces boîtes collectrices disposent d'au moins deux pièces, l'une de ces deux pièces formant la plaque 20 collectrice et l'autre formant le couvercle destiné à venir se fixer sur la plaque collectrice pour fermer au moins partiellement la boîte collectrice.
Les boîtes collectrices sont généralement de deux types, à 25 savoir du type tout métallique ou du type doté d'un couvercle en plastique. Le type de boîte collectrice tout métallique présente un certain nombre d'avantages par rapport au type de boîte collectrice à couvercle en plastique lequel nécessite la fixation d'un moyen 30 d'étanchéité, classiquement un joint d'étanchéité élastique, pour assurer une liaison parfaitement étanche entre le couvercle et la plaque collectrice.
La plaque collectrice comporte une gorge ou rainure destiné à placer et positionner le joint d'étanchéité. Ensuite, le couvercle est positionné sur le joint d'étanchéité puis, classiquement, on procède à un sertissage de la plaque collectrice, par exemple par l'intermédiaire de dents situées sur la périphérie de la plaque collectrice.
Par ailleurs, pour des raisons évidentes de gain d'espace et dimensionnement, certaines plaques collectrices de boîte collectrice ne disposent pas de gorge ou rainure pour faciliter le positionnement et le maintien en place du joint d'étanchéité.
Le problème principal réside dans le positionnement du joint d'étanchéité sur la plaque collectrice, avant la mise en place du couvercle, car cette opération de positionnement du joint d'étanchéité constitue l'origine principale des difficultés dans la production.
Ce mauvais positionnement du joint d'étanchéité peut avoir plusieurs causes.
Le joint d'étanchéité peut présenter un défaut de fabrication qui l'amène à se tordre, ce défaut intrinsèque du joint n'étant pas facilement repérable en raison des dimensions du joint d'étanchéité, voire de sa couleur. Par ailleurs, si le joint d'étanchéité est trop long, il y aura constitution de vagues suivant son profil lors de la fixation du couvercle. Ceci entraîne une étanchéité peu satisfaisante et des fuites de fluide à plus ou moins long terme.
Le positionnement du joint d'étanchéité est généralement une opération manuelle effectuée par un opérateur car l'utilisation d'une machine est difficile, le problème principal du positionnement automatique du joint d'étanchéité réside dans la capacité de la machine à prendre ou saisir le joint d'étanchéité parmi une pluralité de joints d'étanchéité stockés dans un réservoir ou analogue. Par ailleurs, les joints d'étanchéité sont classiquement en caoutchouc et risquent en conséquence d'être détérioré facilement.
Pour résoudre ces problèmes, on connaît les documents DE 4243495, US 7156401 et FR 2867553 qui divulguent tous des procédés et/ou des moyens destinés à tendre le joint d'étanchéité mais la mise en oeuvre de ces solutions présente un certains nombre d'inconvénients.
Dans le document DE 4243495, le joint d'étanchéité comprend des protubérances situées aux quatre coins qui permettent d'étirer le joint, ces protubérances étant ensuite placées dans des fentes dédiées sur la plaque collectrice. Un inconvénient majeur de cette solution réside dans la nécessité de réaliser des fentes aux différents angles de la plaque collectrice, ce qui constitue un coût de fabrication additionnelle et affaiblit la résistance de la plaque collectrice, en particulier sa résistance à la pression cyclée. Par ailleurs, les protubérances du joint dépassant de la boîte collectrice (également dénommée collecteur ), elles augmentent l'encombrement de la boîte collectrice (packaging).
Le document US 7156401 divulgue une solution très proche de la solution du document DE 4243495 et présente donc les mêmes inconvénients que cette dernière.
Le document FR 2867553 divulgue une solution dans laquelle on réalise sur le couvercle des pions, disposés aux angles, destinés à maintenir le joint d'étanchéité en forme, et éventuellement sa mise en tension. Cette solution ne permet que difficilement d'assurer un bon positionnement du joint d'étanchéité le long du couvercle car il peut facilement tomber durant la manipulation du couvercle jusqu'à sa mise en place sur la plaque collectrice. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des boîtes collectrices de l'art antérieur en proposant une solution pour fixer simplement et en sécurité un joint d'étanchéité sur une plaque collectrice et pour la fixation ultérieure parfaite du couvercle sur la plaque collectrice.
Ainsi, l'invention consiste en une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comportant : - au moins une partie dite plaque collectrice destinée à la fixation d'une pluralité de tubes ou analogues dans lesquels circule au moins un fluide, et - au moins une partie dite couvercle destinée à fermer au moins en partie ladite boîte collectrice, lors de sa fixation avec ladite plaque collectrice, ainsi qu' - un moyen d'étanchéité élastique situé entre la plaque collectrice et le couvercle, caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité est apte à être disposé en appui et en tension sur au moins deux extrémités de tube.
L'intérêt de l'invention réside essentiellement dans le 35 positionnement particulièrement sûr du moyen d'étanchéité sur la plaque collectrice, le moyen d'étanchéité étant disposé en appui et en tension sur au moins deux extrémités de tube, évitant toute perte de celui-ci et toute possibilité d'un mauvais positionnement (par vrillage, retournement, torsades ou autres) du moyen d'étanchéité sur la plaque collectrice et par rapport au couvercle (ou pied de couvercle), sans pour autant nécessiter aucun dispositif additionnel ni aucune opération complexe.
On entend par l'expression extrémité de tube soit uniquement la partie extrémale des tubes protubérante, à partir de la plaque collectrice, dans la boîte collectrice (ou l'espace de la boîte collectrice), soit également les collets qui présentent généralement une protubérance par rapport à la plaque collectrice. Ainsi, l'extrémité de tube pourra concerner le(s) tube(s) et/ou le(s) collet(s).
D'autres aspects avantageux de l'invention sont présentés ci-après . - le moyen d'étanchéité élastique comprend des moyens de préhension pour la mise en tension dudit moyen d'étanchéité ; - la plaque collectrice s'étend suivant une surface sensiblement plane de sorte que le moyen d'étanchéité n'est pas (nécessairement) disposé dans un renforcement ou gorge dédiée ; - la zone située entre les moyens de préhension constitue la zone élastique du moyen d'étanchéité ; les autres zones dudit moyen pouvant être ou non élastique ; - les moyens de préhension consiste en au moins deux portions s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan d'extension du moyen d'étanchéité et reliant deux bords opposés dudit moyen ; - la pluralité d'extrémités de tubes ou collets de tubes pour la disposition en tension du moyen d'étanchéité sont des tubes ou des collets de tubes situés en périphérie de la plaque collectrice ; - l'appui du moyen d'étanchéité sur les extrémités de tube est situé à une hauteur différente du plan d'extension dudit joint d'étanchéité ; - le susdit appui sur les extrémités de tube est 5 supérieure, ou au-dessus, du plan d'extension du joint d'étanchéité où dans le même plan ; - l'appui du joint d'étanchéité est réalisé uniquement, ou seulement, sur les extrémités de tube.
10 L'invention se rapporte par ailleurs à un échangeur de chaleur incluant une pluralité de tubes tels que définis ci-dessus.
L'invention concerne également un procédé pour la mise en 15 place d'un moyen d'étanchéité élastique dans une boîte collectrice telle que définie précédemment, comportant les étapes successives suivantes : a) préhension d'au moins deux moyens de préhension, b) allongement (ou écartement) d'une zone élastique au 20 moins située entre les deux moyens de préhension, c) mise en place du moyen d'étanchéité contre au moins deux extrémités de tube situées en périphérie de la plaque collectrice. 25 Avantageusement, les étapes a), b), c) sont réalisées, automatiquement grâce à une machine, ou manuellement grâce à un opérateur.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre 30 d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un premier mode d'exécution d'un moyen d'étanchéité selon l'invention ; 35 - La figure 2 est une coupe selon l'axe BB représenté sur la figure 1 du premier mode d'exécution du moyen d'étanchéité ; - la figure 3 est une coupe selon l'axe AA représenté sur la figure 1 du premier mode d'exécution du moyen d'étanchéité ;
- Les figures 4 à 9 illustrent successivement les étapes du procédé de mise en place, automatique ou manuelle, du premier mode d'exécution du moyen d'étanchéité représenté en perspective sur la figure 1 ;
- La figure 10 est une vue d'une partie d'un second mode 15 d'exécution d'un moyen d'étanchéité selon l'invention ;
- La figure 11 est une vue selon un autre angle du second mode d'exécution du moyen d'étanchéité selon l'invention ;
20 - La figure 12 est une vue en coupe selon l'axe BB, représenté sur la figure 11, du second mode d'exécution du moyen d'étanchéité ;
- La figure 13 est une vue en coupe identique à la vue en 25 coupe de la figure 12 sur laquelle sont visibles les forces et efforts agissant sur le moyen d'étanchéité du fait de sa tension.
La figure 1 présente le moyen d'étanchéité 1 qui consiste 30 ici en un joint d'étanchéité élastique 1 présentant une périphérie 2 de forme rectangulaire, avec deux grands côtés 3, 3' et deux petits côtés 4, 4'. Par ailleurs, ce joint d'étanchéité 1 comprend deux portions transversales 5, c'est-à-dire que chacune de ces portions 5 relie deux bords opposés 3, 3' ou 4, 4', ici perpendiculairement et entre les deux grands côtés 3, 3' de la périphérie 2 du joint d'étanchéité 1. Ces portions 5 perpendiculaires s'élèvent par ailleurs sensiblement perpendiculairement au plan d'extension du joint d'étanchéité 5, c'est-à-dire verticalement par rapport au plan défini par la périphérie du joint d'étanchéité 1. Par ailleurs, comme cela est visible sur les figures 2 et 3, ces portions verticales 5 sont légèrement décalées, c'est-à-dire qu'elles s'élèvent en partant au-dessus du niveau inférieur 6 du joint d'étanchéité 1.
La section du joint d'étanchéité 1, hormis au niveau des susdites portions 5, présente une section circulaire tandis que chacune des portions 5 présente une section sensiblement rectangulaire. La section circulaire du joint d'étanchéité 1 est particulièrement adaptée à l'utilisation qui est faite dudit joint 1 (mais pourrait bien entendu avoir une autre forme) mais la section rectangulaire des susdites portions 5 est par contre choisie à titre d'exemple et peut parfaitement être différente, par exemple elle peut consister en une section circulaire, ovoïdale ou toutes autres formes adaptées à la préhension par un bras automatique ou par une main d'opérateur.
De la même manière l'épaisseur ou la largeur de chacune des portions de préhension 5 est libre, pour autant que ces portions 5 soient suffisamment solides pour leurs manipulations et qu'elles puissent aisément être placées entre les extrémités de tube 7.
Les figures 4 à 9 illustrent les étapes successives de mise en place du joint d'étanchéité 1 sur la plaque collectrice 8. Le joint d'étanchéité 1 choisi pour illustrer le procédé de mise en place sur la plaque collectrice 8 est identique à celui 1 présenté sur les figures 1 et 2. Ici, on illustre cette mise en place grâce à une machine (non représentée sur les figures annexées), c'est-à-dire une mise en place réalisée de façon automatique à l'aide de deux paires d'étaux 9, 9' mis en mouvement par une machine, non représentée sur les figures annexées. On notera simplement que la mise en place du moyen d'étanchéité 1 s'effectuera sensiblement de la même manière si les étapes sont réalisées par un (simple) opérateur.
Sur la figure 4 on a représenté les deux paires d'étaux 9, 9' au-dessus des portions de préhension 5 de sorte que chacune des paires d'étaux 9, 9' peut être descendues pour encadrer chacune une portion de préhension 5.
Sur la figure 5 on a représenté l'enserrement de chacune des paires d'étaux 9, 9' sur respectivement la portion de préhension 5 correspondante, de manière à permettre la manipulation du joint d'étanchéité 1.
Sur la figure 6, on a choisi d'illustrer l'étape d'étirage du joint d'étanchéité élastique 1 en réalisant le déplacement de l'étau 9' situé à droite sur les figures 4 à 9. Bien entendu, l'étirage du joint élastique 1 aurait pu être réalisé différemment, par exemple en tirant sur la portion de préhension 5 située à gauche ou également en tirant simultanément sur les deux portions de préhension 5. Pour réaliser l'étirement, il faut amener le ou les étau(x) 9 à se déplacer dans le sens opposé à la position de l'autre portion de préhension 5. A ce stade, le joint d'étanchéité 1 est étiré, et donc sous (forte) tension, de sorte qu'il présente des dimensions (très) supérieures à ses dimensions au repos et qu'il peut ainsi être facilement mis en position sur la plaque collectrice 8.
La figure 7 illustre en coupe le joint d'étanchéité 1 en tension qui a été placé sur une plaque collectrice 8 sans gorge ou rainure. La machine, par l'intermédiaire de ses étaux 9, 9', a déplacé le joint d'étanchéité 1 pour le positionner au dessus de la plaque collectrice 8 puis ces étaux 9, 9' sont descendus pour déposer le joint 1.
Sur la figure 8 est représenté l'étape au cours de laquelle les deux étaux 9, 9', ou l'un seulement des deux étaux 9, 9' dans l'hypothèse où seulement l'une des portions de préhension 5 a été étiré, sont ramenés l'un vers l'autre de sorte que la tension du joint élastique 1 est réduite. Il faut noter que si la tension du joint 1 est réduite au cours de l'étape représentée sur la figure 8, cette tension n'est pas nulle (voire relativement importante), ce qui permet toujours d'avoir une prise en tension du moyen d'étanchéité 1 sur au moins deux extrémités de tube 7, idéalement les extrémités des tube 7 situés en bordure du faisceau d'échange de chaleur, non représenté sur les figures annexées.
Ensuite, comme cela est visible sur la figure 9, les deux étaux 9, 9' sont retirés, classiquement par soulèvement ou par ascension de ces deux étaux 9, 9' afin de les disposer hors de leurs prises/engagements avec les moyens de préhension 5.
Les figures 10 à 13 illustrent un second mode de réalisation de l'objet de l'invention.
Ce second moyen d'étanchéité 1' diffère de celui 1 représenté sur les figures 1 à 9 essentiellement relativement aux moyens de préhension 5, leurs formes et leurs positionnements. Le joint d'étanchéité 1' comprend de la même manière que précédemment une forme adaptée à la circonférence, ou au pourtour, de la plaque collectrice 8', c'est-à-dire classiquement une forme rectangulaire, avec deux grands côtés 3, 3' et deux petits côtés, sensiblement arrondie aux quatre angles, comme cela est visible sur les figures annexées 10 et 11.
Par ailleurs, dans cette réalisation, les moyens de préhension 10 sont situés respectivement aux deux extrémités 11 du joint d'étanchéité 1', à savoir sur les deux petits côtés 4, 4' en vis-à-vis.
On notera que le nombre de moyens de préhension 5, 10, que ce soit dans le premier ou le second mode de réalisation, est peu important de sorte qu'il peut y avoir éventuellement un seul moyen de préhension 5 ou 10 ou au contraire plus de deux moyens de préhension 5, 10 localisés à des emplacements adéquats sur le joint d'étanchéité 1, 1'. Ces moyens de préhension 5, 10 peuvent être réalisés dans une matière différente de celle utilisée pour former le joint d'étanchéité 1, 1', plus précisément le pourtour ou la périphérie 2 du joint d'étanchéité 1, 1', par exemple un autre type de plastique plus résistant et moins élastique que pour la périphérie 2 du joint d'étanchéité 1, 1', par exemple en associant un polyamide pour les moyens de préhension 5, 10 et un caoutchouc-latex (aux propriétés plus importante) pour le pourtour ou la circonférence 2 du joint d'étanchéité 1, 1'.
Dans ce cadre, il est important que la zone formée entre les moyens de préhension 5 ou 10 soit une zone du joint d'étanchéité 1, 1' essentiellement élastique de sorte que l'on peut facilement étirer le joint d'étanchéité 1, 1' en agissant sur les moyens de préhension 5 ou 10.
Les moyens de préhension 10 du second mode de réalisation consistent en une protubérance axiale constituée de deux parties, une première partie supérieure de contact 12 avec une ou plusieurs extrémités de tube 7 et une seconde partie 13 en retrait assurant la connexion entre la périphérie 2 du joint d'étanchéité 1' et la partie de contact 12. A partir de la périphérie 2 du joint 1' s'étend la seconde partie 13, sensiblement au même niveau ou hauteur que la périphérie 2 tandis que la première partie 12 s'étend au-dessus de la seconde partie 13 et dispose d'une partie protubérante axiale. Ainsi, la première partie 12 présente un décalage axial vis-à-vis de la seconde partie 13 de sorte que la seconde partie 13 est dite en retrait, par rapport à la première partie 12 de contact. En effet, la partie protubérante axialement de la première partie 12 est la partie du joint d'étanchéité 1' en contact avec les extrémités de tube 7.
Cette structure particulière des moyens de préhension 1' dans le second exemple de réalisation présente des avantages quant au comportement du joint d'étanchéité 1' sous tension. La dépose du joint d'étanchéité 1' étant réalisé sensiblement de la même manière que pour le premier mode d'exécution, de façon automatique ou manuelle, lors de la mise en place du joint d'étanchéité 1' sur la plaque collectrice 8' et la libération subséquente d'une partie de sa tension, le joint d'étanchéité 1' a une tendance naturelle à se contracter (force élastique de retour), comme cela est matérialisé par la flèche 14. Or, la première partie 12 du moyen d'étanchéité 1' appuyant sur l'extrémité de tube 7, une force 15 résultante tendra à plaquer la seconde partie 13 en retrait contre le collet 16, évitant ainsi tout risque de torsion ou de torsades du joint d'étanchéité 1'. Par ailleurs, le joint d'étanchéité 1', via ses moyens de préhension 12, sera parfaitement plaqué contre le ou les extrémité(s) de tube 7 et contre le collet 16 éventuellement présent et protubérant de la plaque collectrice 8'.
La fixation du couvercle, non représenté sur les figures annexées, à la plaque collectrice 8, 8' est réalisée de manière parfaitement connu et maîtrisé par l'homme du métier, par exemple à l'aide de dents, non représentées sur les figures annexées, prévues à cet effet sur la plaque collectrice 8, 8' pour être serties sur les bords du couvercle.
Claims (12)
1. Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comportant : - au moins une partie dite plaque collectrice (8, 8') destinée à la fixation d'une pluralité de tubes (7) ou analogues dans lesquels circule au moins un fluide, et - au moins une partie dite couvercle destinée à fermer au moins en partie ladite boîte collectrice, lors de sa fixation avec ladite plaque collectrice (8, 8'), ainsi qu' - un moyen d'étanchéité élastique (1, 1') situé entre la plaque collectrice (8, 8') et le couvercle, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité (1, 1') est apte à être disposé en appui et en tension sur au moins 15 deux extrémités de tube (7).
2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité (1, 1') élastique comprend des moyens de préhension (5, 12) pour la mise en tension 20 dudit moyen d'étanchéité.
3. Boîte collectrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque collectrice (8, 8') s'étend suivant une surface sensiblement plane de sorte que le 25 moyen d'étanchéité (1, 1') n'est pas disposé dans un renforcement ou gorge dédiée.
4. Boîte collectrice selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone située entre les moyens de préhension (5, 30 11 et 12) constitue la zone élastique du moyen d'étanchéité (1, 1') ; les autres zones dudit moyen pouvant être ou non élastique.
5. Boîte collectrice selon la revendication 2 ou 4, 35 caractérisé en ce que les moyens de préhension (5) consiste en au moins deux portions s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan d'extension du moyen 14d'étanchéité (1) et reliant deux bords opposés (3, 3') dudit moyen (1).
6. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité d'extrémités de tubes (7) pour la disposition en tension du moyen d'étanchéité (1, 1') sont des tubes (7) situés en périphérie de la plaque collectrice (8, 8').
7. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appui (12) du moyen d'étanchéité (1, 1') sur les extrémités de tube (7) est situé à une hauteur différente du plan d'extension dudit joint d'étanchéité.
8. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le susdit appui (12) sur les extrémités de tube (7) est supérieure, ou au-dessus, du plan d'extension du joint d'étanchéité (1') ou dans le même plan.
9. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui (12) du joint d'étanchéité (1, 1') est réalisé uniquement, ou seulement, sur les extrémités de tube.
10. Echangeur de chaleur, en particulier pour véhicules automobiles, comportant un faisceau d'échange de chaleur constitué par une pluralité de tubes (7) ou analogues dont les extrémités sont respectivement fixées à deux boîtes collectrices, caractérisé en ce que l'une au moins des deux boîtes collectrices est conforme à l'une des revendications précédentes.
11. Procédé pour la mise en place d'un moyen d'étanchéité (1, 1') élastique dans une boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant les étapes successives suivantes :a) préhension d'au moins deux moyens de préhension (5,
12), b) allongement d'une zone élastique au moins située entre les deux moyens de préhension (5, 12), c) mise en place du moyen d'étanchéité (1, 1') contre au 5 moins deux extrémités de tube (7) situées en périphérie de la plaque collectrice. 12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes a), b), c) sont réalisées, 10 automatiquement grâce à une machine, ou grâce à un opérateur.
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