Brevet FR2483320A1 — publié le 19811204

La présente invention est relative à un dispositif de commutation pour l'addition de quantités dosées de substan- ces gazeuses ou liquides, notamment d'agents de gonflement physiques porogènes, à une masse fondue de matière plasti- que thermoplastique capable d'écoulement, dans lequel les substances ajoutées, provenant d'un réservoir, sont amenées par une canalisation tubulaire dans le cylindre contenant la vis sans fin d'une machine de moulage par injection et, du fait de la rotation de la vis sans fin, se mélangent à la masse fondue avant que celle-ci sorte de la machine de moulage par injection On connaît déjà des procédés et des dispositifs per- mettant l'addition de quantités dosées de substances ga- zeuses ou liquides, notamment d'agents de gonflement phy- siques, et aussi de produits mouillants ou de produits analogues, à des masses fondues de matières plastiques thermoplastiques, comme le montrent par exemple les docu- ments.DE-OS 19 09211 et DE-AS 19 64 748. Dans le dispositif décrit par le document DE-OS 19 09 211, la proportion d'addition de lagent de gonflement à la quantité de matière plastique traitée dans le cylindre contenant la vis sans fin doit assurer au matériau en mous- se obtenu la densité voulue. Pour ttre sir dtobtenir ce résultat, on règle l'arrivée de l'agent de gonflement dans le cylindre contenant la vis sans fin en fonction d'un dé- placement axial lié au fonctionnement de la vis sans fin, dest-à-dire en fonction de la vitesse de traitement de la matière plastique dans le cylindre contenant la vis sans fin. De ce fait, la quantité d'agent de gonflement ajoutée, aussi bien relative qu'absolue, dépend de la vitesse de traitement et de la quantité de la masse fondue passant dans le cylindre. Pour le fonctionnement discontinu de l'extrudeuse, indispensable dans le moulage par injection, il est carac- téristique que la pression de la masse fondue dans le cy- t _2- lindre contenant la vis sans fin ne reste pas constante, mais varie constamment au cours du cycle de la machine. Au cours de la rotation de la vis sans fin de l'extru- deuse, la pression de la masse fondue dans la vis sans fin commence par augmenterpour revenir ensuite, par une sorte de mouvement pendulaire, à une valeur plus basse et finalement retomber après l'arrêt de la vis sans fin. Ces variations de pression lors de l'addition de quantités do- sées d'agent de gonflement se répercutent directement sur la quantité d'agent de gonflement ajoutée. De plus, dans ce mode d'addition de substances dosées, les variations de la viscosité se répercutent également, par les différences de température à l'intérieur de la masse fondue, sur la quantité d'agent de gonflement dosée. Dans le dispositif décrit par le document DE-AS 19 64 748,1amenée et le mélange de l'agent de gonflement à la masse fondue sont mieux adaptés au caractère cyclique du moulage par injection en ce sens que l'introduction de l'agent de gonflement dans le c,"ndre contenant la vis sans fin s'effectue après La zone d'augmentation de pression dans la zone de pression essentiellement constante et seulement pendant la totalité de la période de la plastification, en- tre deux injections successives. L'expérience a montré cependant que ce procédé n'est pas absolument sûr, car l'introduction de l'agent de gon- flement dans le cylindre contenant la masse fondue s'effec- tue pendant toute la période comprise entre le début et la fin de la rotation de la vis sans fin, de sorte que la quantité introduite dépend toujours des variations de pres- sion et de viscosité dans la masse fondue. le but de l'invention est de réaliser l'addition à la masse fondue de quantité dosées de substances gazeuses ou liquides, notamment d'agents de gonflement physiques, d'une manière purement volumétrique, donc indépendante du temps, en prenant soin de ne réaliser cette opération que lorsque, - 3- après le début de la rotation de la vis sans fin, la pres- sion dans la masse fondue n'a plus tendance à augmenter. Ce but est atteint, suivant l'invention, en utilisant un dispositif de commutation du type initialement décrit dans lequel, chaque fois que la vis sans fin commence à tourner elle met en action un premier relais à retard qui, en agissant, ouvre une première soupape située entre le réservoir et un récipient de dosage et met en action un deuxième relais à retard, que ce deuxième relais à retard, en agissantferme la première soupape, ouvre une deuxième soupape située entre le récipient de dosage et le cylindre contenant la vis sans fin et, en même temps, remet en ac- tion le premier relais à retard, et que finalement, le pre- mier relais à retard, en agissant, ferme la deuxième soupape, rouvre la première soupape pour le cycle de remplissage suivant et met en action le deuxième relais à retard. Le procédé permet donc, suivant l'invention, d'utili- ser l'intervalle pendant lequel, après le début de la rota- tion de la vis sans fin, la pression augmente dans la masse fondue qui se trouve dans le cyclindre contenant la vis sans fin, pour extraire du réservoir et pour mettre en ré- serve un volume exactement déterminé de la substance gazeu- se ou liquide, notamment d'un agent de gonflement physique. Ensuite, lorsque la pression dans la masse fondue qui se trouve dans le cylindre contenant la vis sans fin a cessé d'augmenter, on introduit ce volume exactement déterminé de substance dans le cyclindre contenant la vis sans fin to il se mélange, par suite de la rotation de la vis sans fin, à la masse fondue avant que celle-ci soit expulsée pour le moulage par injection. Il y a donc trois périodes différentes correspondant respectivement à la détermination volumétrique de la quantité dosée de- sUbstance gazdua ou:- fluideièà l'introduction de cette quantité dosée dans la masse fondue et au mélange de cette quantité de substance dosée à la masse fondue, les deux dernières-périodes se i - 4 - superposant d'ailleurs dans une large mesure. Dans un dispositif de commutation suivant l'invention, il est important que les substances ajoutées provenant du réservoir soient comprimée par un compresseur et poussées dans le récipient de dosage d'ouelles sont envoyées dans le cylindre contenant la vis sans fin, à l'encontre d'une soupape d'arrgt aidée par la pression de la masse fondue qui se trouve dans le cylindre contenant la vis sans fin. Dans ces conditions, il est certain, d'une part, que les substances introduites dans le récipient de dosage seront toujours soumises à une pression que l'on peut préalable- ment fixer et que par conséquent, pour un volume déterminé du récipient de dosage, elles y seront en quantité exactement déterminée. D'autre part, on est s-r que les substances gazeuses ou liquides ne pénétreront jamais dans le cyclindre contenant la vis sans fin avant qu'il ne règne, dans la masse fondue qui se trouve dans le cylindre contenant la vis sans fin, une pression constante fixée à l'avances Pour que la quantité de substances gazeuses ou liqui- des qui doivent être introduites dans la masse fondue puis- se être adaptée exactement en volume aux dimensions et à la densité du matériau en mousse définitifil est important, suivant l'invention, que le récipient de dosage ait un vo- lume variable que l'on puisse régler pour y introduire la quantité de substance voulue pour le dosages Il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser comme récipient de dosage un cylindre de dosage dont le volume soit réglable par un piston mobile, car cette disposition permet, par simple déplacement axial du piston, d'adapter assez facile- ment et simplement la capacité du cylindre aux différents besoins. Il peut être souvent avantageux que les substances gazeuses ou liquides soient soumises, avant ou pendant leur introduction dans la masse fondue, à une surpression résultant d'une compression préalable assurée par le com- - 5 - presseur. On peut y parvenir, suivant l'invention, en don- nant au piston, dans le cylindre de dosage, juste avant l'ouverture de la deuxième soupape, une course qui a pour effet de réduire le volume du cylindre et dont l'ampleur est réglable0 Par ailleurs, il est encore possible, suivant l'invention, de régler l'ampleur de cette course du piston dans le cylindre de dosage en fonction de la vitesse ins- tantanée de rotation de la vis sans fin de llextrudeuse, de sorte qu'indépendamment de la durée de dosage de la vis sans fin de l'extrudeuse il y ait toujours, pour un même volume de la masse fondue, la mtme quantité de substances gazeuses ou liquides introduite dans le cylindre contenant la vis sans fin. Une caractéristique importante du dispositif de com- mutation suivant l'invention consiste en ce qu'on peut régler les retards d'attraction et de relâchement des re- lais à retard et que la précision de ce réglage est de l'ordre de fractions de seconde. Le dessin permet de décrire l'invention d'une manière plus détaillée. la figure 1 représente, à i'arrêt, un dispositif de commutation pour l'addition de quantités dosées de sub- stances gazeuses ou liquides dans le cylindre contenant la vis sans fin d'une machine de moulage par injection. la figure 2 représente le dispositif de commutation de la figure 1 dans son premier stade de connexions. La figure 3 représente le disposifi de commutation de la figure 1 dans son deuxième stade de connexions. La figures 1 à 3 ne réprésentent, pour simplifier, dans une machine de moulage par injection, que la vis sans fin l de l'extrudeuse et le cylindre 2 contenant la vis sans fin. Dans le cylindre 2 de l'extrudeuse vient déboucher une canalisation 4 aboutissant à une soupape d'arrAt 3 et reliée, à son autre extrémité, à un réservoir 5 ou à une _6 _ bouteille de gaz sous pression contenant, par exemple, de l'azote. La canalisation 4 comporte encore, en aval du réservoir 5, un compresseur 6, qui est un compresseur à haute pression* Une canalisation en dérivation 7 relie en permanence - la canalisation tubulaire 4 à un réservoir de dosage 8 qui est un cylindre de dosage dont on peut régler le volu- me à l'avance au moyen d'un piston 9 que l'on peut déplacer. La canalisation tubulaire 4 comprend, entre le com- presseur 6 et la soupape d'arrêt 3, deux soupapes magné- tiques I et Il placées de telle manière que la soupape magnétique I est en amont de la canalisation en dérivation 7 et que la soupape magnétique II est en aval de la cana- lisation en dérivation 7. La soupape magnétique 1, commandée par un aimant de réglage 11, et la soupape magnétique II, commandée par un aimant de réglage 12, peuvent passer des positions de repos indiquées par la figure 1 à des positions de travail in- diquées respectivement par les figures 2 et 3, la commande de l'aimant de réglage 11, c'est-à-dire de la soupape ma- gnétique I, étant assurée par le relais à retard A et la commande de l'aimant de réglage 12, c'est-à-dire de la soupape magnétique II, étant assurée par un relais à re- tard B. Le relais à retard A comporte un contact de repos al et deux contacts de travail a2 et a3 tandis que le re- lais à retard B fait intervenir un contact de repos bl et deux contacts de travail b2 et b3. Le contact de travail a2 du relais à retard A fait partie du circuit d'excitation du relais à retard B tandis que-le contact aS fait partie du circuit d'excitation de l'aimant de réglage Il de la soupape magnétique I. Le con- tact de repos al du relais à retard A fait partie du cir- cuit de collage de l'aimant de réglage 12 de la soupape magnétique II. - 7- Dtautre part, le contact de travail b2 du relais à re- tard B fait partie du circuit d'excitation du relais de re- tard A, le contact de travail b3 fait partie du circuit d'excitation de l'aimant de réglage 12 de la soupape magné- tique II et le contact de repos bl se trouve dans le cir- cuit de collage de l'aimant de réglage 11 de la soupape magnétique I. Le circuit de collage de l'aimant de réglage Il de la soupape magnétique I comprend encore le contact de main- tien 13 tandis qu'un contact de maintien correspondant 14 se trouve dans le circuit de collage de l'aimant de régla- ge 12 de la soupape magnétique Il. le circuit d'excitation du relais à retard A comporte un contact de mise en action 10 qui est associé à la vis sans fin 1 de l'extrudeuse et est mis en action dès que la vis sans fin 1 de l'extrudeuse commence à tourner. La figure 1 représente les connexions du dispositif de commutation pour l'addition de quantités dosées de sub- stances gazeuses ou liquides dans le cylindre 2 contenant la vis san fin, lorsque l'extrudeuse est à l'arrêt. Avant la mise en marche de l'extrudeuse, on commence par régler, par déplacement axial du piston 9, le cylin- dre de dosage, qui constitue le récipient de dosage 8, de manière que le volume de la cavité cylindrique reliée à la canalisation en dérivation 7 corresponde à la quantité de substances gazeuses ou liquides, par exemple deazote utilisé comme agent de gonflement physique qui doit être injectée, au cours de chaque cycle de travail, dans le ey- lindre 2 contenant la vis sans fin. Dès que la vis sansZ1 de l'extrudeuse commence à tour- ner dans le cylindre 2 contenant la vis sans fin, le contact de mise en route 10 se ferme et met en action le relais à retard A. Celui-ci est monté de telle manière qu'il fonc- tionne avec un retard d'attraction, c'est-à-dire qu'il y a prolongation de son délai dintervention, dont le réglage _ 8. s'effectue à la fraction de seconde. Lorsque son délai d'intervention est écoulé, le re- lais à retard effectue la commutation, c'est-à-dire qu'il se place dans la position, indiquée par la figure 2- dans laquelle les contacts de travail a2 et a3 sont fermés tandis que le contact de repos al est ouvert. Le contact de travail a2 ferme le circuit d'excitation du relais à retard B qui est donc mis en action. En même temps, le contact de travail a3 ferme le circuit d'excita- tion de l'aimant de réglage 11 de la soupape magnétique I, de sorte que cet aimant exerce une attraction et que la soupape magnétique I quitte sa position indiquée par la fi- gure 1 pour se placer dans sa position indiquée par la fi- gure 2. Par suite de l'intervention du contact de repos fermé bl et du contact de maintien 13, l'aimant de réglage 11 se maintient de lui-même, de sorte que la soupape magné- tique I reste dans la position indiquée par la figure 2. Extraite du réservoir 5, la substance, gazeuse, par exemple, est comprimé sous une pression déterminée par le compresseur 6 dans la canalisation 4, à travers la soupape magnétique I, dans la canalisation en dérivation 7 et dans le récipient de dosage 8 qu'elle remplit. Lgrsque son délai d'intervention est écoulé, le relais à retard B effectue la commutation, c'est-à-dire que ses contacts de travail b2 et b3 et le contact de repos bl pas- sent de leurs positions indiquées par la figure 2 à leurs positions indiquées par la figure 3. Le contact de repos bl ouvre le circuit de collage de l'aimant de réglage 11, qui tombe. et ramène la soupape ma- gnétique I de sa position indiquée par la figure 2 à sa position indiquée par les figures 1 et 3. De ce fait, le récipient de dosage 8 est à nouveau isolé du compresseur 6 et du réservoir 5. Le contact de travail b3 du relais à retard B ferme le circuit d'excitation de l'aimant de réglage 12, de sorte _9. que celui-ci exerce une attraction et fait passer la sou- pape magnétique II de sa position indiquée par les figures 1 ou 2 à sa position indiquée par la figure 3. L'aimant de réglage 12 se maintient de lui-même, par suite de l'inter- vention du contact de repos fermé al et de son contact de maintien 14, de sorte que la soupape magnétique II reste dans la position indiquée par la figure 3O la substance gazeuse accumulée sous pression dans le récipient de dosage 8, par exemple, dans ce cas, l'azote utilisé comme agent de gonflement physique, passe dans la canalisation en dérivas- tion 7, à travers la soupape magnétique II et dans la cana- lisation tubulaire 4 pour arriver jusqu'à la soupape d'ar- rtt 3 et exerce une pression sur elle tant que la pression de la substance gazeuse reste supérieure à la pression de la masse de matière plastique coulante qui se trouve dans le cylindre 2 contenant la vis sans fin. De ce fait, la substance gazeuse est introduite comme agent de gonflement dans la masse plastique fondue et s'y mélange par suite de la rotation de la fin sans fin 1o la fermeture du contact de travail b2 provoque, en même temps que l'intervention du relais à retard B. la remise en action du relais à retard A. Lorsqu'à l'issue de son dé- lai d'intervention celui-ci effectue la commutation, son contact de repos al ouvre également le circuit de maintien de l'aimant de réglage 12, de sorte que celui-ci tombe et que la soupape magnétique II quitte la position indiquée par les figures 1 et 2 et, de ce fait, se ferme0 Le contact de travail a3 provoque d'autre part une nouvelle excitation de l'aimant de réglage 11 de la soupa- pe magnétique I de sorte que cet aimant exerce une attrac- - tion et ouvre de nouveau la soupape magnétique I en réta- blissant les connexions indiquées par la figure 20 C'est le début du nouveau cycle de remplissage du récipient de dosage 8 tandis que le contact de travail a2 provoque éga- lement de nouveau l'entrée en action du relais à retard Bo - 10 - La réalisation d'un dispositif de commutation fonc- tionnant dans les conditions décrites ci-dessus pour l'ad- dition de quantité dosées de substances gazeuses ou liqui- des, notamment d'agents de gonflement physiques, comme l'azote, à une masse fondue de matière plastique thermo- plastique capable d'écoulement ndèxige que de faibles dé- penses d'équipement et permet cependant d'obtenir un ren- dement optimal. L'avantage consiste notamment en ce qu'en réglant les délais d'intervention des deux relais à retard A et B on peut obtenir une adaptation simple et précise aux différentes conditions de marche de l'extrudeuse. On peut compléter le dispositif de commutation reprée- senté par les figures 1 à 3 en associant-au piston 9 du cylindre de dosage un organe de réglage particulier 15 per- mettant de donner une course au piston 9 dès que la soupape magnétique Il se trouve dans sa position d'ouverture indi- quée par la figure 3. Il est avantageux que cette course - du piston 9 soit réglable et elle a pour but d'augmenter la pression de la substance gazeuse, par exemple de l'a- zote, au moment o cette substance pénètre dans le cylin- dre 2 contenant la vis sans fin de l'extrudeuse. On peut encore compléter l'installation en faisant dépendre la course du piston 9 dans le récipient de dosage 9, provoquée par l'organe de réglage 15, de la vitesse de rotation instantanée de la vis sans fin t de l'extrudeuse. On peut arriver, de cette manière, à ce que, pour un même volume de la masse de matière plastique fondue, indépen- damment du temps de dosage, il y ait toujours la même quantité de substance gazeuse ou fluide introduite dans le cylindre de dosage 2. Le dispositif de commutation suivant l'invention est utilisé surtout pour l'introduction directe, dans la masse fondue de matière plastique capable d'écoulement qui se trouve dans le cylindre 2 contenant la vis sans fin, de substances se présentant sous une forme gazeuse, par - il - exemple de substances conservées en bouteillesà gaz ou dtagents de gonflement physiques. Lorsque les gaz directement introduits sont des hy- drocarbures, il faut tenir compte du fait que ces gaz se présentent sous forme liquide, de sorte qu'au lieu d'un compresseur 6 il faut utiliser une installation de remplis- sage usuelle ne fonctionnant que sous de très faibles pres- sionso L'augmentation de pression et l'addition de quanti- tés dosées s!obdmnnent alors dans chaque cas en poussant le piston 9 dans le récipient de dosage 8 au moyen de l'or- gane de réglage 15, la longueur de course du piston 9 se modifiant automatiquement en fonction de la vitesse de ro- tation de la vis sans fin ide l'extrudeuse, Il y a lieu de remarquer également que le dispositif de commutation suivant l'invention, décrit, représenté et défini par les revendicationspermet également l'addition de quantités dosées de substances gazeuses et liquides qui ne sont pas utilisées comme agents de gonflement phy- siques. Il peut s'agir alors d'agents mouillants ou de produits d'additions _ 12 - REVBMDICATIONS 1. Dispositif de commutation pour l'addition de quantités dosées de substances gazeuses ou liquides, notamment d'agents de gonflement physiques, à une masse fondue de matière plastique thermoplastique capable d'é- coulement, dans lequel les substances ajoutées, provenant d'un réservoir, sont amenées par une canalisation tubu- laire dans le cylindre contenant la vis sans fin d'une machine de moulage par injection et, par suite de la rotation de-lavis sans fin, se mélangent à la masse fondue avant que celle-ci sorte de la machine de moulage par injection, caractérisé en ce que, chaque fois que la vis sans fin 1 de lyextrudeuse commence à tourner, elle met en action, par 10, un premier relais à retard A qui, en agissant par a3, 11, 13, ouvre une première soupape I située entre le réservoir 5 et un récipient de dosage 8 et met en action, par a2, un deuxième relais à retard B. en ce que le deuxième relais à retard B, en agissant par bi, ferme la première soupape I, ouvre, par b3, 12, 14, une deuxième soupape II située entre le récipient de dosage 8 et le cylindre 2 contenant la vis sans fin et remet en même temps en action, par b2, le premièr relais à. retard A, et finalement en ce que le premier relais à retard A, en agissant par al, referme la deuxième soupa- pe II, rouvre, par a3, la première soupape I pour le cy- cle de remplissage suivant et, par a2, met en action le deuxième relais à retard B. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les substances ajoutées prove- nant du réservoir 5 sont comprimées par un compresseur 6 et poussées dans le récipient de dosage 8 d'ou elles sont envoyées dans le cylindre 2 contenant la vis sans fin, à l'encontre d'une soupape d'arrêt 3 aidée par la pression de la masse fondue qui se trouve dans le cylin- 2t83320 - 13 _ dre 2 contenant la vis sans fin. 3. Dispositif de commutation selon l'une-quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volu- me du récipient de dosage 8 peut être modifié, par 9, et réglé de manière à recevoir la quantité de substance fixée pour le dosage. 4. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on uti- lise comme récipient de dosage 8 un cylindre de dosage dont le volume peut ttre réglé par un piston mobile 9. * 5. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on peut, lors de l'ouverture de la deuxième soupape II, donnerpar , au piston 9 contenu dans le cylindre de dosage 8 une course qui a pour effet de réduire le volume du cylindre et dont l'ampleur est réglable. 6. Dispositif de commutation selon Dune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la lon- gueur de la course du piston 9 dans le cylindre de dosage 8 est réglée en fonction de la vitesse de rotation instan- tanée de la vis sans fin t de l'extrudeuseo 7. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les re- tards d'attraction et/ou de relâchement des relais à re- tard A et B font l'objet d'un réglage.