Brevet FR2145456A1 — publié le 19730223

Dans les machines de moulage par injection de matière plastique du type à vis à mouvement alternatif, le chauffage utilisé pour plastifier la matière thermoplastique (qui est fournie initialement sous forme de particules) est appliqué au moyen de bagues extérieures de chauffage électrique qui entourent le corps cylindrique de la machine dans lequel tourne la vis pour rendre plastique la matière et amener celle-ci vers l'avant dans le corps cylindrique, c'est-à-dire vers la buse. La matière passe à travers une zone de "transitionn se trouvant le long de la vis dans laquelle elle est transformée à partir des particules en une masse en fusion fluide.La masse en fusion se déplace alors à travers une zone de mesure à 1'extrimitO avant de la vis et passe à travers une soupape de non-retour et est recueillie sous pression dans une position adjacente à la buse et à 1textrémité avant d'une partie conique fixée à l'avant de la vis et en aval de la soupape de nonretour. La pression de la matière rendue plastique pousse la vis tournante vers l'arrière dans une position prédéterminée dans laquelle un volume préchoisi de la matière s'est rassemblé à l'avant de la soupape de non-retour afin de fournir la charge de grosseur choisie devant entre injectée.Ensuite, la rotation de la vis cesse et la vis est poussée vers 11 avant dans le corps cylindrique de manière à injecter la charge à travers la buse et dans le moule associé. Bien que de telles machines classiques qu'on vient de décrire sont très efficaces, on désire une efficacité supérieure. Il existe une tendance de la matière rendue plastique à coller à la vis et au corps cylindrique dans la zone de transition et à travers la zone de mesure et on rencontre des difficultés pour maintenir un niveau de qualité constante pour la masse en fusion. Conformément 9 la présente invention, la vis entratnée en rotation et à mouvement alternatif est munie d'un alésage axial qui part de Irextrémité arrière de la vis et passe au moins à travers la zone de transition, et une cartouche de chauffage électrique allongée est disposée dans l'alésage de la vis afin de fournir un chauffage au moins dans la zone de transition. La cartouche de chauffage comporte des conducteurs passant par 1 t extrémité arrière de l'alésage de la vis vers un ensemble de baques collectrices en contact avec des balais de manière à réaliser une connection électrique avec une source d'énergie électrique.Un élément de commande sensible à la température est fixé à l'extrémfté avant de la cartouche de chauffage et il comporte également des conducteurs qui vont à l'ensemble de bagues collectrices de sorte qu'il peut commander la quantité d'énergie électrique fournie à la cartouche de chauffage en réponse à la température ou à la chaleur qu'elle fournit dans la vis dans la zone de mesure. Conformément à la présente invention, on a trouvé que la vis chauffée intérieurement améliore l'efficacité globale de la machine de moulage. C'est-à-dire quton obtient une efficacité supérieure de la machine en ce qui concerne la chaleur fournie et son utilisation. D'une manière plus spécifique, on a trouvé qu'un cycle de durée inférieure est requis pour produire des charges de dimensions constantes et on a trouvé que pour un cycle de durée donnée, il existe une capacité de réception pour une charge supérieure dans le cas d'une vis à chauffage intérieur par rapport à une vis classique ayant le mtme rapport longueur/diamètre, pour un niveau de qualité identique ou supérieur de la masse en fusion. On pense qu'une grande partie de ce résultat est due à la tendance moindre de la masse en fusion à coller à la vis et au corps cylindrique dans le cas de la vis chauffée intérieurement et on a observé qu'on peut obtenir une meilleure qualité de la masse en fusion et la maintenir en conséquence. On peut dire que les pre miers avantages obtenus grâce à l'utilisation de dela vis à chauf- fage intérieur découlent d'une capacité de pompage augmentée de la vis de plastification à chauffage intérieur. Un autre avantage encore est obtenu du fait de la réduction du couple requis pour faire tourner la vis lorsque la température de cette vis est augmentée par le chauffage intérieur. L'invention sera maintenant expliquée en se référant au dessin annexé dans lequel les figures la et lb, bien que se trouvant sur des feuilles séparées, doivent titre combinées pour constituer une vue en coupe verticale longitudi#nale de la machine de moulage par injection de matière plastique comprenant le corps cylindrique, la vis et la buse; la figure 2 est une vue en coupe verticale transversale suivant la ligne 2-2 de la figure lb; la figure 3 est une vue partiellement en coupe suivant la ligne horizontale 3-3 de la figure 2;; la figure 4 est une vue en coupe à une échelle agrandie montrant une zone dans laquelle une vis conventionnelle tournante et à mouvement alternatif est en contact avec la paroi de l'alésage du corps cylindrique afin de montrer ce quton pense titre la circulation de la matière thermoplastique dans la zone de transition; la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 mais montrant ce quton pense être l'écoulement de la matière lorsqu'on utilise une vis à chauffage intérieur conformément à la présente invention. Dans les différentes figures du dessin, le nombre 10 désigne le dans son supporte de la machine de moulage par injection de matière plastique qui supporte le corps cylindrique de plastifi- cation 12 dans une position horizontale s'étendant vers l'avant (de la droite vers la gauche dans les figures la et lb), ctest-à- dire vers un ensemble constituant le moule (non représenté). Le bbti 10 supporte également une trémie d'alimentation 14 pour une matière thermoplastique sous forme de particules qui est introduite dans l'alésage axial 16 du corps cylindrique par le fond de la trémie. La vis améliorée 18 à mouvement alternatif de la présente invention se trouve à l'intérieur de l'alésage 16.Le corps cylindrique 12 faisant saillie vers l'avant est chauffé extérieurement par une série disposée longitudinalement de bagues de chauffage électrique 20 qui entourent le corps cylindrique et qui sont connectées à une source d'énergie électrique (non représentée). Un recouvrement protecteur 21 est fixé au corps cylindrique 12 audessus des bagues de chauffage 20 sur la plus grande partie de la longueur du corps cylindrique. L'extrémité avant ouverte du corps cylindrique est fermée par un chapeau 22 qui comporte également des bagues chauffantes 20 et qui supporte une buse dtinjection classique 24 en communication avec l'alésage du corps cylindrique comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous. Comme mentionné jusqutici, la vis 18 remplit les fonctions classiques de plastifier la matière thermoplastique et de l'amener en avant dans l'alésage du corps cylindrique et elle est également utilisée comme un bélier ou un piston pour injecter la matière à travers la buse 24. Afin de pouvoir remplir ces fonctions classiques, la vis précitée est munie de filets ou de spires 26 dont la profondeur diminue vers ltextrémité avant de la vis et de l'alésage du corps cylindrique.On voit que la vis 18 s'étend presque jusqu'à l'extrémité avant du corps cylindrique et qu'elle fait saillie vers l'extérieur à partir de l'extrémité arrière de ce corps cylindrique et que les filets 26 à profondeur supérieure se trouvent au fond de la trémie 14 de manière à amener initiale- ment vers l'avant la matière sous forme de particules. Lors de son déplacement vers l'avant, la matière sous forme de particules est soumise à un chauffage et commence à se transformer en une masse plastique ou en une masse en fusion en particulier dans la zone indiquée comme la "zone de transition" le long de la vis et ensuite on amène la masse en fusion à travers une "zone de mesurez à l1ex- trémité avant de la vis 18.Lorsqu'elle quitte la zone de mesure, la masse en fusion passe à travers un dispositif 28 à soupape de non-retour monté sur l'extrémité avant de la vis, et la masse en fusion est alors poussée ou extrudée sur l'extrémité d'une partie conique 30 qui est fixée à l'extrémité avant de la vis 18 par un goujon 32 s'étendant à travers la soupape de non-retour annulaire 28 et vissé dans la partie conique 30 et dans l'extrémité avant de la vis. La partie conique fait saillie dans une chambre conique ou dans un évidement 34 dans le chapeau 22, et la masse en fusion plastifiée circule à travers cette chambre autour de la partie conique vers la buse dtinjection 24.La masse en fusion se rassemble dans la chambre 34 en arrière de la buse 24 sous une pression très importante appliquée à celle-ci par la vis d(alimen- tation entratnée en rotation. Cette pression de la masse en fusion pousse vers l'arrière la partie conique et la vis 18 dans l'alésage 16 du corps cylindrique vers une position prédéterminée dans laquelle le volume de la masse en fusion dans une position adjacente à la buse atteint la grandeur choisie pour la charge devant entre injectée à travers la buse et dans l'ensemble constituant le moule.Lorsque la charge a été formée, la rotation de la vis cesse et elle est poussée vers l'avant afin de l'injecter à travers la buse. (Les moyens dtentratnement classiques utilisés pour faire tourner et pousser en avant la vis ntont pas été représentés.) Conformément à la présente invention, la vis 18 est munie d'un alésage axial 36 pour la réception d'une cartouche de chauffage 38 qui est introduite dans l'alésage à partir de l'extrémité arrière de la vis.La plus grande partie de la longueur de l'alésage 36 est d'un diamètre suffisant pour maintenir la cartouche 38 dans une position espacée, mais à son extrémité avant l'alésage 36 comporte une partie 40 à diamètre réduit qui reçoit l'extré- mité avant 42 de la cartouche de chauffage avec un ajustement non serré. Une partie 44 à diamètre encore plus réduit de l'alésage 36 s'étend vers l'avant dans la cavité à l'extrémité avant de la vis qui reçoit 1 goujon fileté 32.Ainsi, la cartouche de chauffage 38 peut titre enlevée de la vis par enlèvement de la partie conique 30 et de la soupape de non-retour 28 et en portant des coups sur la cartouche de manière à la faire sortir vers l'arrière de l'alésage 36 au moyen d'une tige faisant saillie à travers les parties 40 et 44 à diamètre réduit de l'alésage. Bien que la cartouche 38 soit très longue, la partie arrière de celle-ci agit simplement comme une poignée. C'est-à-dire que la cartouche ne produit un chauffage qu'à partir d'un point se trouvant sensiblement à ltextrémité avant de la zone de transition jusqutà un point en arrière de la zone de transition en englobant une zone qui est indiquée comme la longueur chauffée" de la vis 18 dans les figures la et lb. La partie 42 à l'extrémité avant de la cartouche 38 comporte un élément de commande sensible à la température du type d'un "thermistor" qui modifie sa résistance électrique sous l'influence de la chaleur.La partie 42 à thermistor sensible à la température de la cartouche de chauffage 38 est en contact étroit avec la vis. la dans la zone de mesure à l'extrémité avant de la zone de transmission de manière à remplir sa fonction de commande en réponse à la température de la vis à cet emplacement. L'extrémité arrière de la cartouche de chauffage 38 est maintenue en place à l'intérieur de l'alésage 36 par une vis de réglage 46 s'étendant radialement vers l'intérieur à travers la vis d'alimentation 18 depuis un collier indiqué dans son ensemble par le nombre de référence 4d, qui est fixé à la partie extrême arrière de la vis d'alimentation 18 qui fait saillie vers l'arrière à partir de l'alésage du corps cylindrique 12. Le collier 48 est fixé à l'extrémité arrière de la vis d'alimentation la et sur la partie correspondant à l'extrémité avant d'un arbre cannelé 50 au moyen d'un assemblage 52 à clavette et à goupille, et ce -collier supporte l'ensemble 54 à bagues collectrices comprenant les bagues 54a, 54b, 54c et 54d.L'arbre cannelé 50 part du moyen d'en tratnenient permettant de faire tourner et de pousser la vis 1d, l'accouplement entre cet arbre et la vis étant réalisé par le collier 48. La position la plus en arrière de la vis 18 Juste avant qutelle ne soit poussée en avant lors de la course d'injection est indiquée par la ligne en traits interrompus montrant l'ensem- ble 54 à bagues collectrices dans la figure lb. Les conducteurs indiqués de manière générale en L dans les figures lb et 2 connectent la cartouche de chauffage 38 et son thermistor de commande 42 avec les bagues collectrices 54a - 54d. D'une manière plus spécifique, les conducteurs L partant du thermistor 42 sont connectés aux bornes 55 (figure 2) avec les bagues collectrices 54a et 54b, et les conducteurs L partant de la cartouche de chauffage 38 sont connectés aux bornes 57 avec les bagues collectrices 54c et 54d. Comme on peut le voir, les conducteurs L passent à travers la partie constituant la poignée de la cartouche de chauffage 38 et à travers la partie chauffée de celleci à la partie 42 constituant l'unité de commande à thermistor sensible à la température. Un ensemble à balais indiqué de manière générale par le nombre de référence 56 dans les figures 2 et 3 réalise la connection entre les bagues collectrices 54a et 54b et un pyromètre (non représenté) de détermination du courant permettant de commander le débit d'une source d'énergie électrique (non représentée) qui est connectée au moyen de ensemble précité à balais aux bagues collectrices 54c et 54d et ainsi à la partie chauffée de la cartouche de chauffage. Ltensemble 54 précité à balais comprend des balais 56a-56d qui sont respectivement en contact avec les bagues collectrices 54a-54d et l'ensemble comprend également un galet 58 en prise avec le collier 48 de sorte que ensemble à balais effectue un mouvement alternatif avec la vis d'alimentation 18 pendant le déplacement axial de celle-ci, tandis que l'ensemble 54 à bagues collectrices tourne avec la vis d'alimentation pendant la rotation de celle-ci. De manière évidente, le pyromètre de commande du courant sensible à la température relié dans la vis 18 au thermistor 42 peut être réglé de manière à fournir une température ou un gradient de température préchoisie pour maintenir la production d'une masse en fusion désirée de qualité homogène élevée. On a trouvé qu'en utilisant la cartouche de chauffage 38 disposée intérieurement, on peut maintenir de manière continue une masse en fusion de qualité élevée afin d'obtenir les avantages de l'invention mentionnés ci-dessus. Comme on l'a dit, on pense que ces avantages découlent d'une action de pompage lors du déplacement de la masse en fusion en avant, beaucoup plus efficace que celle qui pouvait être réalisée avec les dispositifs classiques. Cette meilleure action de pompage est attribuée en grande partie à un collage remarquablement moindre de la masse en fusion sur la vis dans le cas de la vis chauffée intérieurement. Dans la figure 4 du dessin on a représenté le phénomène dont on pense qutil a lieu dans le cas de la vis classique où la matière sous forme de particules indiquée par la lettre M circule probablement comme indiqué par les flèches, entre la paroi de la vis et la paroi du corps cylindrique de manière à former la masse en fusion rendue plastique indiquée par la lettre de référence P.La masse en fusion homogénéisée n'est formé que le long de la paroi de l'alésage du corps cylindrique et me me dans la zone de transition représentée il serait plus désirable que la masse en fusion soit distribuée plus uniformément à travers la masse de la matière thermoplastique traitée. Dans la figure 5 qui montre le phénomène dont on pense qutil a lieu dans le cas de la vis chauffée intérieurement, on voit qu'il y a une proportion beaucoup plus élevée de la masse entière qui a été complètement rendue plastique sous forme d'une masse en fusion homogène, et ltexpérience a montré qu'il y a un collage de beaucoup inférieur et une formation d'une masse plus uniforme et hautement désirable à la fois au point de vue quantité et qualité. Pour des raisons de sécurité de fonctionnement, un thermocouple 60 (figure la) est inséré dans le corps cylindrique 12 pour y contrôler la température. Ce thermocouple est prévu de manière à couper voire réduire sérieusement l'alimentation en électricité de la cartouche de chauffage 38 et/ou des anneaux de chauffage 20 à un certain niveau de température. C'est-à-dire que si pour une raison quelconque il y a chauffage à une température trop élevée du corps cylindrique, soit pour mauvais fonctionnement de l'unité de commande 42 en ce qui concerne le réglage du chauffage intérieur, soit pour mauvais fonctionnement des dispositifs de commande classiques pour les éléments de chauffage extérieurs 20 du corps cylindrique, le thermocouple 60 fonctionne de manière à régler la température à l'intérieur de limites de sécurité. REVENDICATIONS 1. Machine de moulage par injection de matière plastique du type comportant un corps cylindrique allongé (12) à chauffage extél rieur, une vis (18) pouvant entre entratnée en rotation dans l'alésage (16) du corps cylindrique de manière à rendre plas tique la matière initialement sous forme de particules et à l'amener vers une buse (24) & ltestrémité avant de l'alésage sous pression, la pression de la matière rendue plastique A la buse produisant le déplacement axial de la vis rotative vers l'arrière dans l'alésage, et la machine comportant également un mécanisme pour pousser la vis vers l'avant afin d'injecter la matière à l'avant de la vis A travers la buse dans un moule, caractérisée en ce qu'elle comporte une vis (18) d'alimentation et de plastification améliorées d'une longueur suffisante pour s'étendre sensiblement de la buse à travers 1'extritité arrière de l'alésage du corps cylindrique et comportant des filets (26) qui coopèrent avec la paroi de Alésage du corps cylindrique de manière à amener la matière à Itextréaité avant de la vis & BR travers une zone de transition comprenant une partie de la longueur de la vis dans laquelle la matière est transformée en une masse en fusion plastique, et la Vis comportant un alésage axial (36) allant de son extrémité arrière & travers la zone de transition, une cartouche de chau#ffage électrique allongée (38) disposée dans l'alésage de la vis de manière i fournir un chauffage au moins dans la zone de transition, et des moyens connecteurs électriques (54) pour connecter cette cartouche avec une source d'énergie pendant le fonctionnement de la vis. 2. Vis perfectionnée à mouvement alternatif pour une machine de moulage par injection de matière plastique selon la revendica tion 1, caractérisée en ce que la zone de transition se termi ne à l'arrière de l'extrémité avant de la vis et en ce qutun élément de commande (42) sensible à la température est dispo sé dans l'alésage de la vis et peut être connecté par les moyens connecteurs électriques précités avec la source d'éner gie électrique afin de commander le courant électrique débité vers la cartouche de chauffage précitée en réponse A la tempé- rature de la vis dans une position adjacente & l'élément de commande précité. 3. Vis perfectionnée à mouvement alternatif pour une machine de moulage par injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone de transition précitée se termine à l'arrière en re de l'extrémité avant de la vis et/ce qu'une zone de mesure est définie à l'avant de la zone de transition, et un élément de commande sensible à la température est disposé dans l'alé sage de la vis dans la zone de mesure à ltextrémité avant de la zone de transition et à l'extrémité avant de la cartouche de chauffage et peut être connectée par les moyens connecteurs électriques précités avec la source d'énergie électrique pour commander l'alimentation en énergie électrique de la cartouche de chauffage précitée en réponse à la température à l'extrémi- té avant de la zone de transition. 4. Vis perfectionnée selon la revendication 3, caractérisée en ce que la cartouche de chauffage s'étend à l'arrière de la zone de transition afin d'appliquer un chauffage intérieur à la vis en arrière de la zone de transition, mais pas sur toute la distance vers l'extrémité arrière de la vis. 5. Vis perfectionnée selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens connecteurs électriques précités comprennent un ensemble å bagues collectrices connectées à la partie de ltex- trémité arrière de la vis précitée en arrière du corps cylin drique pour permettre la rotation et le mouvement alternatif avec la vis, cet ensemble comportant une pluralité de bagues (54a-54d) connectées respectivement avec la cartouche de chauf fage et l'élément de commande précité sensible à la température au moyen de conducteurs passant dans l'alésage de la vis, et un ensemble (56) i balais pouvant autre connecté avec la source d'énergie électrique et en contact avec les bagues précitées et pouvant effectuer un mouvement alternatif avec la vis précitée. 6. Vis perfectionnée selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un deuxième élément de commande (60) sensible à la température disposé dans le corps cylindrique dans une position adjacente à la zone de transition de la vis (lorsque cette vis est dans sa position la plus avancée), le deuxième élément de commande sensible à la température pouvant gtre connecté à la source d'énergie électrique pour réduire l'alimentation en énergie de la cartouche de chauffage précitée à une température maximale choisie du corps cylindrique. 7. Vis perfectionnée selon la revendication 6, caractérisée en ce que le chauffage extérieur du corps cylindrique précité est fourni électriquement à partir de la source d'énergie électri que et en ce que le deuxième élément de commande sensible à la température fonctionne également à la température maximale précitée de manière à réduire l'alimentation en énergie du chauffage extérieur du corps cylindrique.