Brevet FR2497686A1 — publié le 19820716

Dispositif pour le mélange de composants chimiques, notamment réactifs, pourvu d'injecteurs mobiles. La présente invention concerne un dispositif pour le mélange - et la distribution - de composants chimi- ques, notamment, mais non exclusivement, de composants chimiques réactifs, spécialement conçu pour des compo- sants réagissant à une vitesse très élevée pour fournir une résine synthétique. On connait des dispositifs d'écumage pourvus d'une tête pour le mélange de composants chimiques réactifs, afin de former un mélange de résine synthé- tique à alimenter dans le creux ou évidement d'un moule. La tête comprend généralement une chambre cylindrique de mélange pourvue d'une ouverture d'admission dans laquelle sont placés les convergents d'injection de chaque composant: chaque composant réactif est alimen- té sous des pressions élevées, par exemple de 100 à 120 atmosphères, pour obtenir le degré de nébulisation ou d'atomisation requis, afin d'assurer un mélange ayant des rapports stoechiométriques corrects entre les com- posants chimiques, avant que le mélange formé ne soit alimenté dans un moule. Avant chaque opération de mé- lange et de moulage, il faut que ces dispositifs effec- tuent une phase de recyclage de chaque composant chimi- que, sous une pression élevée correspondant, ou presque, à la valeur de l'alimentation pour le mélange: on a en effet constaté que, pour avoir un contrôle correct des rapports stoechiométriques entre les composants chimiques, il faut alimenter les composants au cours du mélange aussi bien qu'au cours du recyclage en uti- lisant des valeurs de pression fondamentalement cons- tantes et égales entre elles. Ce contrôle des pressions est particulièrement critique dans les conditions de transition, c'est-à-dire au moment du passage d'une phase de recyclage à une phase de mélange. Au cours de cette phase de transition, qui dure un temps infinité- simal, reuvent se créer, en effet, des conditions de fonctionnement capables de causer des variations impor- tantes et incontrôlées des pressions d'alimentation des composants réactifs et chaque variation de la pression d'alimentation des composants, au début de leur mélange,, peut produire des défauts, parfois très graves, de la pièce estampée résultante. Les dispositifs actuellement connus comportent différents types de systèmes de recyclage des compo- sants, comprenant des soupapes de recyclage séparées des injecteurs, c'est-a-dire des soupapes de recyclage placées sur la même ligne que les injecteurs, en aména- geant, par exemple, des conduits séparés pour les com- posants dans un dispositif de commande associé à la chambre de mélange ou à l'intérieur de cette dernière. L'emnloi de soupapes de recyclage séparées ne permet d'obtenir que difficilement des conditions d'alimenta- tion en composants homogènes entre elles, c'est-à-dire d'effectuer le recyclage des composants à des pressions d'alimentation des composants égales ou presque égales à celles de la phase de mélange. L'emploi de conduits de recyclage sur la même ligne que les injecteurs, dans des dispositifs de contrôle associés à la chambre de mélange ou à l'intérieur de cette dernière n'a pas en- co.e permis de résoudre d'une façon adéquate le problème, surtout pour les périodes transitoires de commutation entre une phase et la phase suivante. En effet, étant donné que les dimensions transver- sales des chambres de mélange sont réduites, il est im- possible d'aménager le dispositif de commande à l'inté- rieur de la chambre et de prévoir des conduits de recy- clage pour le passage des composants ayant une large section et n'introduisant donc pas des surpressions addi- tionnelles; en outre, la possibilité de formations d'impuretés le long des conduits de recyclage, après les injecteurs, aussi bien qu'au niveau des convergents d'injection, Deut modifier les conditions de recyclage, par rapport aux conditions d'alimentation au cours d'une phase de mélange. Ces variations augmentent particulièrement au cours du passage d'une phase de recyclage à la phase ultérieure de mélange à cause d'un phénomène lié au comportement élastique des tubes qui relient générale- ment la tête de mélange aux pompes de circulation de chaque composant. En effet, dans les installations du genre susdit, on doit pouvoir déplacer les têtes de mélange le long d'un même moule, ce qui signifie qu'on doit les déplacer vers les moules qui se déplacent le long de la ligne de moulage ou bien les amener en une position reculée; les tubes de jonction doivent donc être flexibles, c'est-à-dire qu'ils doivent suivre la tête au cours de ses déplacements. Vu que ces systèmes sont généralement formés par des tubes en caoutchouc, opportunément renforcés, c'est-à-dire qu'ils peuvent se dilater à des pressions de fonctionnement élevées, et vu que les pompes doseuses d'alimentation des compo- sants sont du type à débit constant, il s'ensuit qu'une variation de la pression d'alimentation du composant réactif en amont de l'injecteur produit une variation du volume des tubes, c'est-à-dire une variation de leur capacité qui implique une modification des rapports stoechiométriques entre les composants. Tout cela est particulièrement grave au moment de la commutation d'une phase de recyclage à une phase de mélange, vu que tout au début se produisent des surcompressions incontrôla- bles, même si elles ont une très brève durée. Cet incon- vénient s'accentue fortement si, au moment de la dévia- tion du fluide du circuit de recyclage vers la chambre de mélange, se produit également une variation d'alimen- tation du composant réactif. Pour réduire les inconvénients précités, le par- cours de recyclage de chaque composant devrait donc présenter les mêmes caractéristiques que le parcours d'alimentation vers la chambre de mélange, pour per- mettre que l'alimentation au cours du mélange et la nouvelle circulation des composants puissent s'effec- tuer sous une nression fondamentalement constante. Ceci pourrait être obtenu, par exemple, en faisant circuler les composants, au cours du recyclage aussi bien qu'au cours du mélange, toujours au moyen des in- jecteurs d'alimentation dans la chambre de mélange et en préparant des conduits de recyclage ayant de larges sections de passage, de façon à avoir des pressions d'alimentation sensiblement égales. Selon l'invention, on prévoit donc des injecteurs mobiles dans une direction axiale pour pouvoir alimenter - dans une position avancée, les composants, directement à travers les ouvertures, dans la chambre de mélange, et, - dans une position reculée, les ouvertures de la cham- bre de mélange étant fermées, les composants réactifs, séparément le long de leurs conduits respectifs de recyclage. Toutefois, l'alimentation des composants, à tra- vers les injecteurs en question, au cours des phases de mélange aussi bien que de celles de recyclage, ne suffit pas, à elle seule, à garantir des pressions d'alimenta- tion toujours égales entre elles et à réduire fondamen- talement les phénomènes liés aux variations de la capa- cité des tubes au passage d'une phase de fonctionnement à la phase suivante. En effet, pour que le mélange des composants soit correct, en ce qui concerne les rapports stoechiométriques désirés, dès le début de la commuta- tion, il faut déplacer simultanément les injecteurs, d'une façon contrôlée et à des vitesses élevées, c'est-à-dire en un temps de commutation d'une fraction de seconde. La présente invention a donc pour objet un dispo- sitif pourvu d'une tête de mélange du genre susmen- tionné, pouvant éviter les inconvénients précités et permettant d'obtenir des conditions d'alimentation, au cours du recyclage de chaque composant réactif, égales ou sensiblement égales aux conditions qui se présentent au cours d'une phase de mélange et permettant en même temps le pa sage d'une phase de fonctionnement à la phase suivante en une durée très brève et d'une façon strictement contrôlée pour tous les composants, de façon à assurer un rapport stoechiométrique correct pour le mélange des composants dès le début du mélange. Un dispositif pour le mélange de composants chi- miques réactifs apte à satisfaire ces conditions com- prend une tête de mélange avec une chambre de mélange qui présente des ouvertures d'entrée opposées pour chaque composant et une ouverture de distribution du mélange, des injecteurs pour chaque composant à travers les ouvertures respectives d'admission dans la chambre de mélange, et au moins un dispositif de contrôle relié à un dispositif d'actionnement, ce dispositif de con- trôle coulissant le long de la chambre de mélange entre une première position avancée dans laquelle il ferme les ouvertures précitées et une seconde position recu- lée en arrière desdites ouvertures, ledit dispositif étant caractérisé par le fait que chaque injecteur est mobile dans une direction axiale et transversale par rapport à la chambre de mélange, entre une position avancée, dans laquelle le convergent d'injection commu- nique directement avec l'ouverture respective d'entrée du composant dans la chambre de mélange, et une posi- tion reculée, dans laquelle, les ouvertures de la cham- bre de mélange étant fermées, le convergent d'injection communique directement avec un conduit de recyclage, et en ce que les injecteurs sont reliés à des disposi- tifs respectifs de commande, actionnés par une source d'un fluide sous pression, d'une façon coordonnée avec le dispositif d'actionnement du dispositif de contrôle coulissant dans la chambre de mélange. Selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, les dispositifs de commande sont constitués par des cylindres avantageusement reliés à la source de fluide qui est sous pression élevée de façon que leur actionnement soit rapide et simultané afin d'assurer les meilleures conditions de fonctionnement dès le début du mélange. L'invention sera décrite ci-dessous avec plus de détails en faisant référence à un mode de réalisation d'une tête de mélange de forme particulière non limita- tive, illustrée sur les dessins, sur lesquels: - la figure 1 représente, en section transversale, la tête de mélange, selon la ligne 1-1 de la figure 2, avec les injecteurs dans une position avancée-; - la figure 2 est une section longitudinale de la tête de mélange; et - la figure 3 représente une vue partielle en section de la tête de la figure 2, avec l'injecteur dans une position reculée. Les figures 1 et 2 illustrent une tête de mélange 1 pour des substances chimiques réactives devant être mélangées et alimentées dans un moule (non représenté); la tête 1, dans l'exemple indiqué, comprend une chambre de mélange, en forme de "L",définie par une première partie de chambre 2, de longueur et de diamètre réduits, et une seconde partie de chambre 3, de diamètre et de longueur plus grands, formant un angle avec la première partie de chambre 2; il est toutefois évident que l'i- dée générale et les caractéristiques de la présente invention oeuvent être également utilisées avec d'au- tres formes et d'autres types de chambre de mélange. La chambre de mélange illustrée comprend des ouvertures latérales 4 et 5, diamétralement opposées, dans une partie de sa surface latérale, par exemple dans la partie de la chambre 2 aux dimensions réduites, pour permettre l'alimentation, sous pression élevée, d'au moins deux composants chimiques devant être mé- langés et alimentés dans un moule dans lequel ils réa- gissent chimiquement pour la formation d'une pièce mou- lée en matière plastique. Les références 6 et 7 indiquent deux dispositifs d'injection des composants réactifs, appelés plus sim- plement injecteurs et dont seul l'injecteur 6 est repré- senté en section sur la figure 1, les convergents d'in- jection peuvent communiquer avec les ouvertures d'admis- sion 4 et 5 de la chambre de mélange. A l'intérieur de la partie de chambre 2 coulisse un premier dispositif de contrôle sous forme d'une gou- pille 8 actionnée par un dispositif hydraulique compre- nant un piston 9, à la course courte, pour déplacer rapidement la goupille 8 entre une position avancée, dans laquelle elle ferme en même temps les ouvertures 3 et 4 d'admission des composants et l'issue 2' de la partie de chambre 2, en vidant en même temps la partie de chambre 2 au terme de chaque opération de mélange, et une position reculée, en arrière d'ouvertures 3, 4, dont elle dégage les ouvertures susdites 3 et 4 d'ad- mission des composants et l'issue 2, au début de chaque phase de mélange. Dans la forme de réalisation indiquée, la tête 1 comprend un second dispositif d'évacuation 10, sous la forme d'une goupille commandée par un second piston 11, à course longue; dans ce cas aussi, la gou- pille 10 est mobile dans une direction longitudinale dans la partie 3 de la chambre de mélange, entre une position avancée, dans laquelle elle ferme l'ouverture 12 de sortie du mélange vers un moule, aussi bien que l'issue 2 de la partie de chambre 2, et effectue en même temps l'évacuation de la partie de la chambre 3, et une position reculée, dans laquelle elle dégage l'ouverture 12 de sortie du mélange aussi bien que l'issue 2', comme indiqué sur la figure 2. On va maintenant donner une description plus dé- taillée de la structure de l'injecteur 6 (l'autre in- jecteur, ayant la même structure comme on peut voir sur les figures); l'injecteur 6 comprend un corps 13 dans lequel est placé un obturateur pointeau 14, se terminant par une pointe conique qui s'introduit dans le convergent d'injection 15 aligné avec l'ouverture 4 de sortie du composant chimique. Le corps 13 de l'injec- teur présente une forme cylindrique et il coulisse dans une direction axiale et transversale par rapport à la partie 2 de la chambre de mélange, au moyen d'un dispo- sitif de commande constitué par un cylindre à double effet, ci-dessous décrit, alimenté par une source de fluide sous une pression appropriée. Le coros coulissant 13 de l'injecteur définit, à son extrémité antérieure, une chambre intérieure 16 qui est pourvue, à l'une de ses extrémités, du convergent d'injection 15 et présente des ouvertures latérales 16a constamment en communication avec le conduit d'entrée 17 du composant à travers un passage radial 18 et une partie annulaire 19 dans la surface intérieure du corps 20 définissant le cylindre d'actionnement de l'injec- teur. Par conséquent, le composant réactif contenu dans le réservoir 32 peut être alimenté en continu par le filtre 33, la pompe doseuse 34 et les tubes flexibles , dans l'injecteur 6, quelle que soit la position de ce dernier. La référence 21 indique un conduit de sor- tie du composant pouvant être relié à l'injecteur 6 de la façon cidessous décrite, quand on doit recycler chaque composant chimique dans le réservoir 32, par le conduit flexible 36, en maintenant fondamentalement la Fression d'alimentation du composant en amont de l'injecteur 6. Dans la forme de réalisation indiquée, le corps 13 de l'injecteur est vissé dans une pièce 23a formée par un piston 23 coulissant, dans une direction axiale, dans une chambre cylindrique du corps 20 qui constitue le dispositif hydraulique de commande, du type cylindre à double effet. Comme indiqué d'une façon schématique sur la figure 3, la chambre antérieure, c'est-à-dire celle qui est tournée vers la chambre de mélange, de chaque cylindre de commande des injecteurs 6 et 7 et, d'une façon correspondante, la chambre postérieure du cylindre 9a d'actionnement de la goupille 8 sont reliées, par des conduits flexibles 24, 25 et 26 et par une sou- pape de commutation 27, à une source 28 d'un fluide sous pression ou respectivement à la sortie d'évacuation, tandis que la chambre postérieure des cylindres de com- mande des injecteurs 6, 7 et l'intérieur du cylindre de commande de la goupille 8 sont reliés à la sortie d'éva- cuation ou respectivement à la source 28 d'un fluide sous pression, par des conduits flexibles 29, 30 et 31; par conséquent, les injecteurs 6 et 7 avancent d'une façon synchrone et coordonnée au recul de la goupille 8 et vice-versa. Le fonctionnement de la tête de mélange décrite est en résumé la suivante: en supposant que la phase de mélange des composants chimiques est terminée, que les goupilles 8 et 10 sont dans une position avancée et les injecteurs 6 et 7 dans une position reculée, les ouvertures 4 et 5 de la chambre de mélange sont fermées par la goupille 8 et le corps 13 de l'injecteur 6, 7 ouvre le passage radial 22 comme indiqué sur la figure 3, en mettant en communication le conduit 17 d'entrée du composant avec le conduit de sortie 27, à travers le passage 18, 19, la chambre 16, le convergent d'injection et le passage 22 pour effectuer une nouvelle circula- tion du composant vers le réservoir. On peut donc recy- cler chaque composant en l'alimentant à une pression d'alimentation égale à celle de la phase de mélange, vu que cette pression est toujours déterminée par le même injecteur 6 et 7, dont le réglage n'a pas varié. En ef- fet, les conduits de recyclage directement ménagés dans le corps 1 de la tête de mélange permettent de maintenir des sections de passage des composants, en aval des in- jecteurs 6 et 7, suffisamment grandes et très supérieu- res à celles du convergent d'injection; de cette façon, on n'introduit aucune cause pouvant provoquer d'impor- tantes variations de la pression d'alimentation des com- posants au cours du recyclage. A la fin de la phase de recyclage des composants, pour effectuer la phase de mélange, on met la goupille dans une position reculée, selon les indications d'exécution, et on fait avancer les injecteurs 6 et 7, on met en outre la goupille 2 dans une position reculée dégageant entièrement la chambre de mélange et les ou- vertures 4 et 5 d'entrée des composants; puisqu'il est possible d'utiliser des pressions élevées de commande des cylindres hydrauliques des injecteurs, en prévoyant aussi l'emploi d'accumulateurs de pressions appropriés, et vu que la course des injecteurs en question est très courte, il est possible d'obtenir une commutation con- trôlée du flux des composants réactifs dans des temps extrêmement brefs. En outre, on n'introduit aucune cause additionnelle d'augmentation des pressions, vu que les poussées du composant réactif, agissant dans les deux sens sur le corps de chaque injecteur, sont fondamentalement équilibrées entre elles. Puisque cha- que composant chimique continue à être alimenté par le même injecteur, il en découle que la pression d'alimen- tation ne varie fondamentalement pas au cours de la phase de mélange et est égale à celle de la phase de recyclage. De cette façon, l'on évite ou l'on réduit au minimum les inconvénients dûs, pendant les périodes transitoires dans la commutation de deux phases du il fonctionnement, aux phénomènes qui, comme déjà dit Drécédemment, provoquent une dilation élastique des capacités des tubes flexibles de jonction de la tète. On obtient ainsi dès le début un strict contrôle des rapports stoechiométriques entre les composants et,' par conséquent, une très bonne qualité de mélange. A la fin de la phase de mélange, on remet les injecteurs 6, 7 dans la position reculée (voir figure 3), pour le recyclage des composants, et les goupilles 8 et 10 sont avancées successivement pour la fermeture et pour l'évacuation de la chambre de mélange du mélange résiduel. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nulle- ment à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés; elle en em- brasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le mélange de composants chi- miques réactifs comprenant: une tête de mélange avec une chambre de mélange, qui présente des ouvertures opposees d'entrée pour chaque composant et une ouver- ture de distribution du mélange, des injecteurs pour chaque composant à travers les ouvertures respectives d'entrée dans la chambre de mélange, et au moins un dispositif de contrôle relié à un disDositif d'action- nement, ce dispositif de contrôle coulissant le long de la chambre de mélange entre une première position avancée dans laquelle il ferme les ouvertures précitées et une seconde position reculée en arrière desdites ou- vertures, ledit dispositif étant caractérisé par le fait que chaque injecteur est mobile dans une direction axiale et transversale par rapport à la chambre de mé- lange entre une position avancée, dans laquelle le con- vergent d'injection communique directement avec l'ouver- ture respective d'entrée du composant dans la chambre de mélange, et une position reculée, dans laquelle les ouvertures d'entrée de la chambre de mélange étant fer- mées, le convergent d'injection communique directement avec un conduit de recyclage, et en ce que les injec- teurs sont reliés à des dispositifs respectifs de com- mande, actionnés par une source d'un fluide sous pres- sion, d'une façon coordonnée avec le dispositif d'action- nement du dispositif de contrôle coulissant dans la chambre de mélange. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le.fait que lesdits dispositifs de commande sont représentés par des cylindres hydrauliques. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que chaque injecteur est porté d'une façon interchangeable par une pièce formée par un piston du cylindre hydraulique de commande. 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé par le fait que l'injecteur comprend un corps cy- lindrique coulissant dans un prolongement antérieur du corps du cylindre hydraulique de commande et par le fait que dans ce prolongement sont ménagés des passages latéraux d'alimentation et de recyclage du composant chimique à travers l'injecteur.