EP3289304B1

EP3289304B1 - Joint annulaire pour échangeur de chaleur de véhicule automobile

Info

Publication number: EP3289304B1
Application number: EP16717657.7A
Authority: EP
Inventors: Christian Riondet; Jean-Marc Lesueur
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2036-04-22
Also published as: WO2016173934A9; JP2018523059A; FR3035489B1; KR102069753B1; FR3035489A1; US11137219B2; CN107820560B; WO2016173934A1; CN107820560A; US20180299212A1; JP6571793B2; EP3289304A1; KR20170140339A

Description

La présente invention concerne le domaine des joints d'étanchéité.
Plus particulièrement, elle concerne un joint annulaire destiné à être placé dans un échangeur de chaleur de véhicule automobile. L'invention concerne, en particulier, un joint d'étanchéité tel que défini dans le préambule de la revendication 1. Un tel joint est connu du document FR 2 927 411 A1 .
Un échangeur de chaleur de véhicule automobile comprend généralement une boîte collectrice dont la plaque collectrice est raccordée à des tubes d'échange de chaleur d'un faisceau de tubes.
La plaque collectrice est le plus souvent munie d'une gorge délimitée par deux bords annulaires concentriques dans laquelle est placé un joint d'étanchéité annulaire.
Lorsque la plaque est dépourvue d'une telle gorge, le joint est configuré pour être tendu entre deux appuis opposés, en général les extrémités des tubes extrêmes du faisceau de tube ou encore des joues positionnées aux deux extrémités du faisceau.
Dans les deux cas, le joint trouve un appui, gorge, tube ou joue, de part et d'autre du faisceau de tube.
Ce joint comprend ainsi deux parties d'appui opposées destinées à coopérer avec les appuis, et deux parties de liaison reliant entre elles les parties d'appui.
Le joint comporte généralement un bourrelet annulaire s'étendant dans les parties d'appui et de liaison. Ce bourrelet annulaire, de section transversale circulaire, est destiné à être déformé élastiquement radialement par compression axiale sensiblement perpendiculaire à un plan parallèle à la forme annulaire du joint.
La présence du joint déformable entre le couvercle de la boîte collectrice et la plaque collectrice permet de réaliser l'étanchéité entre le couvercle et la plaque collectrice entre lesquels le joint est comprimé.
On notera que, comme précisé plus haut, la section transversale du bourrelet est généralement choisie circulaire plutôt qu'ovale.
En effet, lors de la compression du joint, la section ovale est moins stable car elle a tendance à pivoter localement de façon non souhaitée, ce qui peut conduire à des défauts d'étanchéité.
Le matériau dans lequel est réalisé le joint (le plus souvent en polymère) est déformable tout en étant relativement incompressible. La capacité du bourrelet à s'écraser est donc limitée par l'espace qui lui est dévolu, en particulier par les dimensions de la gorge lorsque le joint y est placé. Si l'espace n'est pas suffisamment important, le joint ne peut, à certaines endroits s'écraser suffisamment pour les compenser. Il peut en résulter des défauts d'étanchéité.
L'invention a donc pour but à la fois d'éviter ces défauts d'étanchéité et de limiter les dimensions de l'espace dévolu au joint, notamment les dimensions de la gorge pour limiter l'encombrement de l'échangeur de chaleur.
A cet effet, l'invention a pour objet un joint annulaire pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, destiné à être tendu entre deux appuis opposés qu'il entoure, comportant :

deux parties d'appui opposées destinées à coopérer avec les deux appuis,
deux parties de liaison (18) reliant entre elles les parties d'appui, et
un bourrelet annulaire destiné à être déformé élastiquement par compression axiale sensiblement perpendiculaire à un plan parallèle à la forme annulaire du joint, ce bourrelet annulaire s'étendant dans les parties d'appui et de liaison,

Le joint comprenant un bourrelet dont la section transversale a une dimension radiale plus faible dans les parties d'appui, son encombrement radial dans le plan médian après compression sera plus faible.
Ceci permet de limiter la largeur de la gorge dans laquelle le joint est destiné à être placé, voire de permettre le fluage du bourrelet s'étendant dans les parties de liaison vers les parties d'appui moins encombrées.
Ainsi, un tel joint permet donc de mieux compenser les tolérances de fabrication de la boîte collectrice et de la plaque collectrice et ainsi de réduire les défauts d'étanchéité de l'échangeur de chaleur sans avoir à augmenter ses dimensions, tout en restant stable.
Avantageusement, chaque partie d'appui comprend un prolongement radial du bourrelet formant talon d'appui sur l'appui correspondant.
Le talon d'appui permet d'améliorer encore davantage la stabilité du bourrelet annulaire dans les parties d'appui.
Selon un mode de réalisation particulier, le bourrelet annulaire a une section transversale de forme circulaire dans les parties de liaison.
Selon un mode de réalisation particulier, le bourrelet annulaire a une section transversale de forme ovale dans les parties d'appui.
La forme ovale confère au bourrelet un espace disponible pour la compression plus important, tandis que la forme circulaire confère au bourrelet une plus grande stabilité.
En outre, le choix de ces sections a l'avantage que la transition entre ces deux formes est simple à réaliser et peut se faire de façon continue.
On notera enfin que, dans les parties d'appui, le bourrelet de section ovale est stabilisé par les appuis et à moins tendance à pivoter que dans les parties de liaison.
Selon un mode de réalisation particulier, en considérant le joint tendu entre les deux appuis :

les parties de liaison sont sensiblement rectilignes,
chaque partie d'appui comprend une sous-partie d'appui sensiblement rectiligne et des sous-parties de transition courbes entre les parties de liaison et la sous-partie d'appui, et
la section transversale du bourrelet évoluant dans les sous-parties de transition et étant constante dans les sous-parties d'appui.

Selon un mode de réalisation particulier, dans les sous-parties de transition, la section transversale du bourrelet évolue de l'extrémité voisine de la partie de liaison adjacente jusqu'à l'extrémité voisine de la sous-partie d'appui.
L'invention concerne également un échangeur comprenant une boîte collectrice raccordée à des tubes d'échange de chaleur et comprenant un couvercle, une plaque collectrice et un joint, tel que précédemment décrit, intercalé entre le couvercle et la plaque collectrice.
Selon un mode de réalisation particulier, l'organe complémentaire de l'échangeur est une plaque collectrice et comprend deux gorges délimitées par un bord externe annulaire commun aux deux gorges et deux bords internes séparés délimitant respectivement les deux gorges, le joint annulaire étant disposé dans les deux gorges.
Selon un mode de réalisation particulier, l'appui associé à une partie d'appui du joint est formé par le contour externe d'un premier tube d'appui de l'échangeur de chaleur, la partie d'appui entourant ce premier tube d'appui.
Dans un mode de réalisation particulier, chaque partie d'appui est en appui contre un appui secondaire formé par un second tube d'appui voisin du premier tube d'appui, de façon à ce que cette partie d'appui comporte une partie de renfort s'étendant entre le premier et le second tubes d'appui.
La partie de renfort permet d'éviter que le matériau du bourrelet ne flue hors des parties d'appui lorsque le joint est tendu entre les deux appuis. En effet, la partie de renfort étant en appui contre le second tube d'appui, elle exerce des forces en réaction à la tension vers les parties d'appui et permet de s'opposer au fluage de la matière en direction des parties de liaison.
Avantageusement, la plaque collectrice comprend une gorge délimitée par deux bords annulaires sensiblement concentrique, le joint annulaire étant disposé dans la gorge.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un joint selon un premier mode de réalisation de l'invention mis en place dans un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique de dessus d'une partie d'un joint selon un deuxième mode de réalisation de l'invention mis en place dans un échangeur selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3 est une en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1 ;
la figure 4 est une en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 1 ;
la figure 5 est une en coupe suivant la ligne V-V de la figure 1 ;
la figure 6 est une vue schématique de dessus d'un joint selon un troisième mode de réalisation de l'invention mis en place dans un échangeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

On a représenté sur la figure 1 un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur 1 selon l'invention.
L'échangeur de chaleur 1 comprend une boîte collectrice, ou boîte à eau, raccordée à des tubes plats 2 d'échange de chaleur parallèles entre eux. Cette boîte collectrice comporte une plaque collectrice 4 et un couvercle. La plaque collectrice 4 a une forme sensiblement rectangulaire.
L'échangeur de chaleur 1 comprend deux chemins de joint 5 s'étendant en périphérie de la plaque collectrice 4, délimitées par un bord externe 6 annulaire, de forme générale sensiblement rectangulaire, commun aux deux chemins 5. Vers l'intérieur, les chemins 5 sont délimités par les tubes 2.
Un joint annulaire 10, selon un premier mode de réalisation de l'invention, est disposé dans le long le des deux chemins5, de façon à être intercalé entre le pied 11 de couvercle (partiellement représenté sur les figures 3 à 5) de la boîte collectrice et la plaque collectrice 4. Sur les figures, le joint est représenté avant écrasement par le couvercle.
Le joint annulaire 10 est représenté, sur les figure 1, 2 et 6, tendu entre les contours externes de deux tubes d'appui 12. Les tubes d'appui 12 sont ceux situés aux extrémités opposés du faisceau de tubes de l'échangeur de chaleur 1.
Le joint annulaire 10 prend, dans cette position tendue, une forme générale annulaire analogue à celle de la périphérie de la plaque collectrice 4, et est donc sensiblement rectangulaire.
Le joint annulaire 10 comprend un bourrelet annulaire 14 destiné à être déformé élastiquement par compression axiale sensiblement perpendiculaire à un plan parallèle à la forme annulaire du joint 10, autrement dit perpendiculaire au plan de la plaque collectrice 4.
Le joint annulaire 10 comprend deux parties d'appui 16 opposées destinées à coopérer respectivement chacune avec les tubes d'appui 12, et deux parties de liaison 18 reliant entre elles les parties d'appui 16.
Dans cette position tendue entre les deux tubes d'appui 12, les parties de liaison 18 sont, du fait de la forme sensiblement rectangulaire du joint 10, sensiblement rectilignes.
Par ailleurs, chaque partie d'appui 16 comprend une sous-partie d'appui 20 sensiblement rectiligne et des sous-parties de transition courbes 22 entre les parties de liaison 18 et la sous-partie d'appui 20.
La section transversale du bourrelet 14 entre chaque partie d'appui 16 et les parties de liaison 18 auxquelles elle est reliée évolue de façon à ce que sa dimension mesurée dans un plan médian du joint 10 parallèle à la forme annulaire du joint 10, dite dimension radiale, soit plus faible dans la partie d'appui 16 que dans les parties de liaison 18.
Ainsi, dans les parties d'appui 16, le bourrelet 14 nécessite un moindre espace pour s'étendre sous l'effet de la compression que dans les parties de liaison 18
Le bourrelet 14 a donc la place de s'étendre, sous l'effet de la compression, dans le sens centrifuge indiqué par les flèches C, en considérant la forme annulaire du joint 10. Ceci permet au joint 10 de réaliser l'étanchéité entre la plaque collectrice 4 et le pied 11 de couvercle de la boîte collectrice (voir figures 3 à 5).
Pour autant, le bourrelet 14 reste stable dans les parties d'appui 16 car il est retenu par les tubes d'appuis 7 et a donc peu tendance à pivoter.
De préférence, la section transversale du bourrelet 1 évolue dans les sous-parties de transition 22.
Ainsi, dans le premier mode de réalisation représenté à la figure 1, le joint présente une première section dans les sous-parties d'appui 20, une deuxième section dans les parties de liaison 18 et dans les parties de transition, elle présente une section évolutive entre la première section et la deuxième section. Plus précisément, le joint présente en section cette deuxième section dans les zones situées hors des flèches A.
Dans un deuxième mode de réalisation du joint annulaire 10 représenté à la figure 2, la section transversale du bourrelet 14 correspondant à la deuxième section est limitée aux parties de liaison 18, c'est-à-dire que la zone le long de laquelle la section est évolutive est un peu plus longue comme cela est illustré par la flèche B qui s'étend ici jusqu'au début des parties de liaison 18.
Dans les deux modes de réalisation illustrés aux figures 1 et 2, la partie d'appui 16 vient en appui contre un appui secondaire formé par un second tube d'appui 24, de façon à ce que cette partie d'appui 16 comporte une partie de renfort 26 s'étendant entre le premier tube d'appui 7 et le second tube d'appui 24.
Lorsque le joint annulaire 10 est tendu entre les tubes d'appui 12, comme sur les figures 1 et 2, la matière du bourrelet 14 a tendance à fluer depuis les parties d'appui 16 vers les parties de liaison 18. Pour retenir la matière du joint 10 autant que possible contre les coins 6A, formant la transition entre les grands et les petits côtés, la partie de renfort 26 en appui contre le second tube d'appui 24 exerce des forces en réaction R à la tension s'opposant au fluage de la matière du bourrelet 14 en direction des parties de liaison 18.
On a représenté (à l'état non écrasé) sur les figures 3 à 5 un exemple d'évolution de la section transversale du bourrelet 14.
Dans la sous-partie d'appui 20, le bourrelet 14 a, ainsi que représenté sur la figure 3, une première section de forme ovale.
Cette forme ovale permet, lors de la compression du joint 10, de laisser au bourrelet 14 des sous-parties d'appui 20 un espace 27 de déformation plus important que s'il avait été de section circulaire comme c'est le cas du bourrelet 14 dans les parties de liaison 18 et dans une moindre mesure des sous-parties de transition 22.
De préférence, dans chaque partie d'appui 16, et plus particulièrement dans chaque sous-partie d'appui 20, le joint 10 comprend un prolongement radial du bourrelet 14 formant talon d'appui 28 sur le tube d'appui 12 correspondant. On notera que, dans l'exemple illustré sur les figures 3 à 5, chaque tube 2 passe à travers un collet 29 ménagé dans la plaque collectrice 4. Ainsi, plus précisément, le talon d'appui 28 vient en appui sur ce collet 29 et, au dessus du collet 29, directement sur le tube 12. Ceci permet d'améliorer la stabilité du bourrelet 14 (dont la section est ovale) en diminuant les risques qu'il ne pivote. La forme ovale du bourrelet 14 permet par ailleurs de limiter l'espace dévolu à la fonction joint et de permettre de consacrer une partie de l'espace disponible au talon d'appui.
Dans les parties de liaison 18, le bourrelet 14 a, ainsi que représenté sur la figure 5, une section de forme circulaire. Ne disposant pas de talon d'appui dans ces parties 18, le joint dispose de plus d'espace de déformation 27 que dans les sous-parties 20, bien que l'espace total dévolu au joint est plus important dans les sous parties 20 que dans les parties de liaison 18. C'est pourquoi il est possible d'avoir une section circulaire pour le joint dans les parties de liaison 18.
Et dans ces parties de liaison 18, le bourrelet 14est bien stable grâce à sa section circulaire.
Lorsque le joint est écrasé par le pied de couvercle 21, il peut s'étendre vers le tube 2 et en particulier vers le collet 29.
Dans les sous-parties de transition 22, le bourrelet 14 a, ainsi que représenté sur la figure 4, une section évolutive entre la forme ovale et la forme circulaire.
Ceci permet, lors de la compression du joint 10, de laisser au bourrelet 14 des sous-parties de transition 22, un espace 27 de déformation plus important que pour le bourrelet 14 des parties de liaison 18.
Dans ces sous-parties de transition 22, le bourrelet 14 a un espace de déformation 27 également plus important que dans les sous-parties d'appui 20 car le joint est dépourvu de talon d'appui.
Selon une variante du mode de réalisation, la section du joint dans les parties de liaison 18 peut présenter une autre forme, en particulier, elle peut être ovale d'une forme intermédiaire entre l'ovale des parties de transition et la section circulaire.
Selon une autre variante du mode de réalisation représenté à la figure 5, le talon d'appui est également présente dans les sous-parties de transition 22.
Dans un second mode de réalisation de l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention représenté à la figure 6, l'échangeur de chaleur 1 comprend une gorge périphérique 30 délimitée par un bord annulaire interne 32 et un bord annulaire externe 34 sensiblement concentriques. En particulier, la gorge 30 s'étend sur tout le contour de la plaque collectrice 4.
Un joint annulaire 10 selon un troisième mode de réalisation de l'invention est disposé dans la gorge 30.
Le joint annulaire 10 est analogue au joint selon le premier ou le deuxième mode de réalisation, exception faite de la présence de la sous-partie de renfort 26.
En effet, la gorge 30 s'étendant sur tout le contour de la plaque collectrice 4 et ayant une forme générale annulaire, elle permet de limiter les déséquilibres de fluage de matière entre les parties de liaison 18 et d'appui 16, lors de la compression du joint 10.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, l'appui du joint annulaire se fait sur le tube uniquement. Selon un autre mode, l'appui du joint annulaire se fait sur le collet uniquement.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Ainsi, dans des variantes non représentées, la section transversale du bourrelet annulaire évolue depuis une forme carrée dans les parties de liaison vers une forme rectangulaire dans les parties d'appui.

Claims

Joint annulaire pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, destiné à être tendu entre deux appuis (12) opposés qu'il entoure, comportant :
- deux parties d'appui (16) opposées destinées à coopérer avec les deux appuis (12),

- deux parties de liaison (18) reliant entre elles les parties d'appui (12), et

- un bourrelet annulaire (14) destiné à être déformé élastiquement par compression axiale sensiblement perpendiculaire à un plan parallèle à la forme annulaire du joint (10), ce bourrelet annulaire (14) s'étendant dans les parties d'appui (16) et de liaison (18),
caractérisé en ce que la section transversale du bourrelet (14) entre chaque partie d'appui (16) et les parties de liaison (18) auxquelles elle est reliée évolue de façon à ce que sa dimension mesurée dans un plan médian du joint (10) parallèle à la forme annulaire du joint (10), dite dimension radiale, soit plus faible dans la partie d'appui (16) que dans les parties de liaison (18).
Joint annulaire selon la revendication 1, dans lequel chaque partie d'appui (16) comprend un prolongement radial du bourrelet (14) formant talon d'appui (28) sur l'appui (12) correspondant.
Joint annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le bourrelet annulaire (14) a une section transversale de forme circulaire dans les parties de liaison (18).
Joint annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le bourrelet annulaire (14) a une section transversale de forme ovale dans les parties d'appui (16).
Joint annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, en considérant le joint (10) tendu entre les deux appuis (12) :
- les parties de liaison (18) sont sensiblement rectilignes,

- chaque partie d'appui (16) comprend une sous-partie d'appui (20) sensiblement rectiligne et des sous-parties de transition (22) courbes entre les parties de liaison (18) et la sous-partie d'appui (20), et

- la section transversale du bourrelet (14) évoluant dans les sous-parties de transition (22) et étant constante dans les sous-parties d'appui (20).
Joint annulaire selon la revendication 5, dans lequel, dans les sous-parties de transition (22), la section transversale du bourrelet (14) évolue de l'extrémité voisine de la partie de liaison (18) adjacente jusqu'à l'extrémité voisine de la sous-partie d'appui (20).
Echangeur comprenant une boîte collectrice raccordée à des tubes (2) d'échange de chaleur et comprenant un couvercle, une plaque collectrice et un joint (10) intercalé entre le couvercle et la plaque collectrice (4), caractérisé en ce que le joint (10) est selon l'une des revendications 1 à 6.
Echangeur selon la revendication précédente, dans lequel l'appui associé à une partie d'appui (16) du joint (10) est formé par le contour externe d'un premier tube d'appui (12) de l'échangeur de chaleur (1), la partie d'appui (16) entourant ce premier tube d'appui (12).
Echangeur selon la revendication précédente, dans lequel chaque partie d'appui (16) est en appui contre un appui secondaire formé par un second tube d'appui (24) voisin du premier tube d'appui (12), de façon à ce que cette partie d'appui (16) comporte une partie de renfort (26) s'étendant entre le premier (12) et le second (24) tubes d'appui.
Echangeur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la plaque collectrice (4) comprend une gorge (30) délimitée par deux bords annulaires (32, 34) sensiblement concentrique, le joint annulaire (10) étant disposé dans la gorge (30).