Brevet FR2505599A1 — publié le 19821112

L'invention concerne une sonde chauffée d'une seule pièce destinée au moulage par injection et son pro- cédé de fabrication. Dans le passé, il était bien connu de réaliser des éléments chauffants du type à cartouche en faisant passer des fils électriques chauffants dans une matière de transfert de la chaleur, placée dans un bottier, puis en effectuant un emboutissage destiné à comprimer la matière et à supprimer les vides pour améliorer la trans- mission de la chaleur Un exemple illustrant ce procédé et cette structure est décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 2 831 951. Plus récemment, ce concept a été adapté à la réalisation d'une sonde chauffée qui est introduite dans un canal chauffé pour maintenir la température d'une masse en fusion sous pression s'écoulant longitudinale- ment autour de la sonde vers une entrée Dans une telle application, la transmission de chaleur à partir des fils chauffants ou de l'élément électrique chauffant vers le bottier extérieur est évidemment très importante Si la chaleur n'est pas transmise rapidement et convenablement le long de l'élément chauffant, elle provoque la formation d'un "point chaud" et d'une combustion nécessitant un remplace- ment En outre, il est souhaitable que le bottier exté- rieur soit maintenu à une température sensiblement cons- tante sur sa longueur afin d'accroître l'efficacité de la transmission de la chaleur vers la masse fondue envi- ronnante ainsi que d'éviter toute détérioration de cette masse fondue par échauffement excessif, en particulier en présence de difficultés techniques ou autres à mouler les matières Certaines de ces sondes sont formées par introduction d'un élément chauffant du type à cartouche cylindrique emboutie, dans un corps extérieur creux de torpille Cependant, ceci a pour inconvénient que le corps extérieur doit être assez grand pour recevoir la cartouche chauffante, ce qui laisse un espace vide ou rempli d'air entre la cartouche et le corps Bien qu'un tel montage ait pour avantage de permettre un remplacement rapide des cartouches chauffantes brûlées, il a pour incon- vénient que l'espace d'air se comporte comme un isolateur. Des essais destinés à résoudre ce problème ont consisté à introduire un élément chauffant de forme coni- que dans un trou conique et même à utiliser un élément chauffant à enveloppe fendue Cependant, bien que ces réalisations donnent de meilleurs résultats, il subsiste un espace d'air isolant considérable. Un autre essai pour éliminer cette difficulté est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 970 821 qui porte sur une sonde chauffée réalisée par emboutissage du corps ou de l'enveloppe de la tor- pille directement sur de l'oxyde de magnésium dans lequel passe l'élément chauffant Bien qu'il en résulte une diminution de l'importance de l'espace d'air isolant, on n'obtient pas un équilibre satisfaisant de la transmis- sion de la chaleur entre les côtés et l'extrémité de la sonde La quantité de chaleur transéise directiment aux cftes de la snde est beaucoup plus grade que celle transm Tdse à la podre d'oxyde de magnésium qui conduit à l'extrémité de la sonde. L'invention a donc pour objet d'éliminer au moins partiellement les inconvénients de l'art antérieur au moyen d'une sonde chauffée perfectionnée et de son pro- cédé de fabrication, de façon à faciliter la transmission de la chaleur vers le corps extérieur, en particulier à proximité de l'extrémité. A cet effet, selon l'un de ses aspects, l'in- vention concerne une sonde chauffée creuse, allongée et d'une seule pièce, destinée à être disposée centralement dans une partie d'un canal chauffé à l'intérieur duquel une matière fondue sous pression s'écoule longitudinalement au-delà de la sonde vers une entrée aboutissant à une cavité, la sonde chauffée allongée comprenant: (a) un corps extérieur creux et allongé qui présente des pre- mière et seconde extrémités et qui définit un alvéole s'étendant de la première extrémité jusqu'à un bout effilé et fermé orienté dans la direction d'écoulement, à la seconde extrémité, l'alvéole comportant une paroi intérieure sensiblement cylindrique, mais se terminant par une partie sensiblement conique adjacente au bout située à la seconde extrémité, la première extrémité comportant des moyens destinés à positionner la sonde chauffée dans une position pénétrant dans lecanal chauffé, (b) un élément intérieur allongé de chauffage,logé dans l'al- véole du corps extérieur et comportant un élément chauf- fant électrique connecté à des conducteurs extérieurs, cet élément chauffant s'étendant à travers une matière de transmission de la chaleur, à l'intérieur d'un bottier extérieur sensiblement cylindrique qui présente un dia- mètre extérieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur de la paroi intérieure de l'alvéole situé dans le corps extérieur afin qu'un espace soit formé entre eux, et (c) une matière hautement conductrice qui remplit sensiblement la partie conique de l'alvéole, à proximité du bout du corps extérieur, ainsi que l'espace compris entre le bottier extérieur de l'élément chauffant et la paroi intérieure de l'alvéole. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une sonde chauffée allongée d'une seule pièce, comportant un élément allongé et sensiblement cylindrique de chauffage, logé dans un alvéole central d'un corps extérieur allongé, résistant à la corrosion, de manière qu'un espace compris entre cet élément et le corps soit rempli d'une matière haute- ment conductrice, le corps extérieur présentant une pre- -30 mière extrémité ouverte et une seconde extrémité fermée qui forme un bout pointu, l'espace compris entre l'élé- ment de chauffage et le corps extérieur comprenant une partie sensiblement conique située entre le bout pointu -du corps extérieur et l'élément de chauffage qui présente une extrémité adjacente sensiblement plate, l'élément de chauffage comportant un élément chauffant électrique qui s'étend de conducteurs extérieurs et passe à travers la première extrémité ouverte du corps extérieur et à travers une matière de transmission de la chaleur, à l'intérieur d'un boîtier sensiblement cylindrique, le procédé compre- nant les étapes qui consistent: (a) à introduire une quantité prédéterminée de matière hautement conductrice dans l'alvéole à l'intérieur du corps extérieur, (b) à chauffer le corps extérieur en position debout jusqu'à ce que la matière hautement conductrice fonde et remplisse ladite partie de forme sensiblement conique de l'espace, adjacente au bout pointu du corps extérieur, (c) à assem- bler l'élément de chauffage afin qu'il soit logé à l'inté- rieur de l'alvéole dans le corps extérieur, avec une quan- tité de matière hautement conductrice placée à proximité immédiate de la première extrémité du corps extérieur, (d) à chauffer l'ensemble en position droite sous vide partiel jusqu'à ce que la matière hautement conductrice fonde et s'écoule vers le bas pour remplir sensiblement l'espace compris entre l'élément de chauffage et le corps extérieur, et (e) à permettre à l'ensemble de refroidir pour solidifier la matière hautement conductrice et former ainsi un dispositif d'un seul bloc. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale par- tielle d'un dispositif de moulage par injection compor- tant une forme préférée de réalisation de la sonde chauf- fée selon l'invention; les figures 2 à 5 sont des coupes longitudi- nales montrant une suite d'opérations de fabrication d'une forme préférée de réalisation de la sonde chauffée selon l'invention; et la figure 6 est une vue en perspective d'un plateau d'ensembles prêt à être introduit dans un four à vide. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui montre une sonde chauffée 10 en position dans un dispositif de moulage à injection Dans ce dispositif, de la matière fondue sous pression provenant d'une source, par exemple une machine de moulage (non repré- sentée), s'écoule par un canal chauffé 12 qui s'étend entre une plaque 13 de retenue de la sonde et une plaque 14 à canaux à travers un élément rapporté 15 d'entrée, et qui pénètre dans une cavité 16 par une entrée 18 L'élé- ment rapporté 15 d'entrée est maintenu en place par une plaque 19 de retenue et il est refroidi par de l'eau circulant dans un conduit 20 Une plaque 21 à cavité est refroidie de la même manière par des moyens de refroidis- sement (non représentés) Ainsi qu'on peut le voir, la sonde chauffée et allongée 10 est logée dans la plaque 13 de retenue afin de pénétrer dans un tronçon du canal chauffé o la matière en fusion s'écoule longitudinale- rúent au-delà de la sonde chauffé 10 vers l'entrée 18. La sonde chauffée 10 comporte un corps exté- rieur 22, un élément intérieur 24 de chauffage et une charge 26 de matière hautement conductrice comprise entre le corps extérieur et l'élément de chauffage Le corps extérieur allongé 22 est sensiblement cylindrique et comporte une bride 28 à sa première extrémité 30 et un bout pointu 32 à sa seconde extrémité 34 Le corps exté- rieur 22 est creux de manière à présenter un alvéole ou logement 36 qui s'étend de la première extrémité ouverte jusqu'à la seconde extrémité fermée 34 L'alvéole comporte une paroi sensiblement cylindrique 38, mais il comprend une partie élargie 40 adjacente à la première extrémité 30 et une partie sensiblement conique 42 qui pénètre dans le bout pointu 32 à la seconde extrémité 34. L'élément intérieur 24 de chauffage est réalisé de manière classique au moyen d'un élément ou enroulement hélicoïdal électrique chauffant 44 traversant, sur toute sa longueur, une matière 45 de transmission de la chaleur, à l'intérieur d'un bottier extérieur sensiblement cylin- drique 47 Dans cette forme de réalisation de l'invention, la matière 45 de transmission de la chaleur est une poudre d'oxyde de magnésium et l'élément 24 de chauffage est embouti de manière classique afin de comprimer cette poudre d'oxyde de magnésium autour de l'élément chauffant 44. Ainsi qu'on peut le voir, un espace 46 existe entre l'élément 24 de chauffage et le corps extérieur 22 et cet espace est rempli d'une matière hautement conduc- trice 26 La partie 48 de l'espace 46 située entre le bottier extérieur cylindrique 47 de l'élément 24 de chauffage et la paroi cylindrique 38 de l'alvéole 36 est juste assez grande pour établir le jeu permettant d'intro- duire l'élément 24 de chauffage dans l'alvéole 36. L'espace 46 comporte une autre partie 50 de forme sensi- blement conique, de manière que l'extrémité 52 de l'élé- ment 24 de chauffage, qui est sensiblement plate, ne puisse se loger dans la partie conique 42 de l'alvéole 36. La totalité de cet espace 46 est remplie d'une matière hautement conductrice 26 qui facilite notablement la transmission de la chaleur entre l'élément 24 de chauf- fage et le corps extérieur 22, en particulier vers le bout pointu 32 du corps extérieur 22 Dans cette forme de réalisation, la matière hautement conductrice 26 est du cuivre et le coprs extérieur 22 est réalisé en acier inoxydable. L'élément électrique chauffant 44 de l'élément 24 de chauffage est connecté à des fils conducteurs 54 qui passent à travers un bouchon 56 en céramique et sortent en passant à travers un joint 58 en caoutchouc pour être reliés à une source extérieure d'alimentation en énergie électrique (non représentée> Le bouchon 56 en céramique, qui bute contre une extrémité de l'élé- ment 24 de chauffage pour assurer une certaine isolation par rapport à ce dernier, est recouvert du joint 58 en caoutchouc qui est logé dans la partie élargie 40 de l'alvéole 36, à la première extrémité 30 du corps exté- rieur 22 La plaque 13 d'appui comporte un siège 60 qui loge la bride 28 du corps extérieur 22 dans une position telle que la sonde chauffée 10 soit centrée dans le canal chauffé 12 et que le bout pointu 32 se trouve à la dis- tance souhaitée de l'entrée 18 La sonde chauffée 10 est fixée dans cette position par des moyens classiques (non représentés). Lors de l'utilisation, le moulage commence après que le dispositif a été assemblé avec une ou plu- sieurs cavités, comme décrit précédemment De la matière fondue sous pression, provenant d'une machine de moulage, s'écoule par le canal chauffé 12 en passant le long de la surface extérieure de la sonde chauffée 10 La chaleur provenant de la sonde chauffée 10 maintient la matière à l'état fondu jusqu'à ce qu'elle s'écoule au-delà du bout pointu 32 du corps extérieur 22 et pénètre par l'en- trée 18 dans la cavité 16 Lorsque la cavité est remplie, l'écoulement cesse et la pression est éliminée; la matière de l'entrée se solidifie et le moule est ouvert afin que la pièce moulée en soit éjectée Le moule est ensuite fermé, la pression de la matière en fusion est de nouveau appliquée afin que cette matière s'écoule le long du bout chaud à l'intérieur de la cavité, et le processus est répété. Le procédé de fabrication d'une forme préférée de l'invention sera à présent décrit en regard des figures 2 à 6 qui montrent une séquence d'opérations destinées à la réalisation d'une sonde chauffée 10 telle que décrite ci-dessus Comme montré sur la figure 2, un lopin cylindri- que 62 d'une quantité prédéterminée de cuivre estintroduit -dans l'alvéole 36 du corps extérieur 22 Ce dernier est ensuite chauffé sous vide partiel, en position debout, dans le four à vide 64 montré sur la figure 6, à une tem- pérature suffisante pour faire fondre le cuivre La quan- tité de cuivre est choisie de manière à remplir la partie de forme conique de l'espace 46 adjacente à l'extrémité pointue 32 du corps extérieur 22 Le remplissage de la partie conique 50 sous vide partiel a pour effet de souder le cuivre à l'acier inoxydable du corps extérieur 22, ce qui réalise entre ces métaux une liaison présentant d'excellentes caractéristiques de transmission de la chaleur. Après que le corps extérieur 22 a été retiré du four, un manchon 66 constitué d'une quantité prédé- terminée de cuivre est logé dans la partie élargie 40 de l'alvéole 36 Comme montré sur les figures 3 et 4, l'élément intérieur 24 de chauffage est ensuite intro- duit dans l'alvéole 36 à travers le manchon 66 jusqu'à ce que son extrémité plate 52 porte contre le cuivre contenu dans l'alvéole Le bouchon 56 en céramique est ensuite mis en place et fixé en position contre l'élé- ment 24 de chauffage L'ensemble est de nouveau placé dans le four à vide 64 et chauffé en position debout, sous vide partiel, en présence d'un gaz inerte jusqu'à ce que le manchon 66 de cuivre fonde et descende en s'écoulant entre le bottier extérieur cylindrique 47 de l'élément 24 de chauffage et la paroi cylindrique 38 de. l'alvéole 36 Le cuivre précédemment introduit fond de nouveau et le cuivre nouvellement ajouté se soude a lui ainsi qu'au bottier extérieur 47 et à la paroi 38 de l'alvéole 36 Outre la réalisation d'une liaison amélio- rée entre les matières, ce remplissage sous vide assure la pénétration du cuivre dans toutes les ouvertures et chasse l'air afin d'éviter la formation d'espaces d'air isolant subsistant au-dessous ou autour de l'élément 24 de chauffage Comme montré sur la figure 5, un espace d'air 68 est laissé par le cuivre descendant autour de l'élément 24 de chauffage, mais son effet isolant ne pose pas de problème, car cet espace est proche de la première extrémité 30 o il n'est normalement pas néces- saire de réaliser une transmission maximale de la chaleur. En fait, cet espace aide le bouchon 56 en céramique à empêcher une perte de chaleur excessive par cette extré- mité de l'élément 24 de chauffaae Après que le cuivre a fondu et est descendu, l'ensemble est retiré du four et on le laisse refroidir afin que le cuivre se solidifie pour former une sonde chauffée d'une seule pièce 10. Un joint 58 en caoutchouc siliconé est ensuite posé afin d'assurer l'étanchéité à l'humidité Bien que la descrip- tion porte sur la réalisation d'un seul dispositif, en pratique, la fabrication s'effectue par lots, comme montré sur la figure 6. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une sonde chauffée allongée d'une seule pièce, comportant un élément allongé et sensiblement cylindrique ( 24) de chauffage logé dans un alvéole central ( 36) ménagé dans un corps extérieur allongé ( 22) résistant à la corrosion afin qu'un espace compris entre l'élément et le corps soit rempli d'une matière ( 26) hautement conductrice, le corps extérieur présentant une première extrémité ouverte ( 30) et une seconde extrémité fermée ( 34) qui forme un bout pointu ( 32), l'espace compris entre l'élément de chauffage et le corps extérieur comprenant une partie ( 50) de forme sensiblement conique située entre le bout pointu du corps extérieur et l'élément de chauffage qui présente une extrémité adjacente sensiblement plate ( 52), l'élément de chauffage comprenant un élément chauffant électrique ( 44) qui part de conducteurs extérieurs ( 54) en passant à tra- vers la première extrémité ouverte du corps extérieur et à travers une matière ( 45) de transmission de la chaleur, logée dans un bottier sensiblement cylindrique ( 47), le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à introduire une quantité prédéterminée ( 62) d'une matière hautement conductrice dans l'alvéole à l'in- térieur du corps extérieur; (b) à chauffer le corps extérieur en position debout jusqu'à ce que la matière hautement conductrice fonde et remplisse ladite partie de forme sensiblement conique de l'espace, adjacente au bout pointu du corps extérieur; (c) à assembler l'élément de chauffage en le logeant à l'intérieur de l'alvéole dans le corps extérieur de manière qu'une quantité ( 66) de matière hautement con- ductrice soit placée à proximité immédiate de la première extrémité du corps extérieur; (d) à chauffer l'ensemble en position debout, sous vide partiel, jusqu'à ce que la matière hautement conductrice fonde et s'écoule vers le bas pour remplir sensiblement l'espace compris entre l'élément de chauffage et le corps extérieur; et (e) à permettre à l'ensemble de se refroidir pour solidifier la matière hautement conductrice et for- mer ainsi un dispositif d'un seul bloc. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les étapes (b) et (d) sont effectuées dans un four à vide ( 64). 3 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la quantité de matière hautement conduc- trice est un manchon ( 66) constitué de matière hautement conductrice et entourant l'élément de chauffage. 4 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'élément chauffant électrique s'étend sen- siblement sur toute la longueur de l'élément de chauffage. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1,2 et 3, caractérisé en ce que la matière haute- ment conductrice est du cuivre et en ce que le corps extérieur est réalisé en acier inoxydable. 6 Sonde chauffée et allongée d'une seule pièce, destinée à s'étendre centralement dans une partie d'un canal chauffé ( 12) à l'intérieur duquel une matière fondue sous pression s'écoule longitudinalement au- delà de la sonde ( 10) vers une entrée ( 18) débouchant dans une cavité ( 16), la sonde chauffée et allongée étant caractérisée en ce qu'elle comporte un corps extérieur creux et allongé ( 22) qui présente des première et seconde extrémités ( 30,34) et qui définit un alvéole ( 36) s'étendant de la première extrémité jusqu' à un bout pointu et fermé ( 32) orienté dans le sens d'écoulement, à la seconde extrémité, l'al- véole comportant une paroi intérieure sensiblement cylin- drique ( 38), mais se terminant par une partie sensible- ment conique ( 42), adjacente au bout situé à la seconde extrémité, la première extrémité comportant des moyens destinés à placer la sonde chauffée en position afin qu'elle pénètre dans le canal chauffé, la sonde compor- tant en outre un élément allongé et intérieur ( 24) de chauffage logé dans l'alvéole à l'intérieur du corps exté- rieur et comportant un élément chauffant électrique ( 44) connecté à des conducteurs extérieurs ( 54), cet élément chauffant passant à travers une matière ( 45) de trans- mission de la chaleur, à l'intérieur d'un bottier exté- rieur sensiblement cylindrique ( 47), ce bottier exté- rieur ayant un diamètre extérieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur de la paroi intérieure de l'alvéole dans le corps extérieur afin qu'un espace soit formé entre eux, une matière hautement conductrice ( 26) remplissant sensiblement la partie conique de l'alvéole à proximité du bout du corps extérieur, ainsi que l'es- pace compris entre le bottier extérieur de l'élément de chauffage et la paroi intérieure de l'alvéole. 7 Sonde chauffée selon la revendication 6, caractérisée en ce que les conducteurs partent de l'éié- ment chauffant électrique situé dans l'élément de chauf- fage, passent à travers un bouchon ( 56) en céramique logé dans l'alvéole, à proximité d'une extrémité de l'élément de chauffage, et sortent à travers un joint ( 58) en caoutchouc placé dans l'alvéole, à proximité du bouchon en céramique, à la première extrémité du corps extérieur. 8 Sonde chauffée selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément chauffant électrique s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'élément de chauffage. 9 Sonde chauffée selon l'une quelconque des revendications 6,7 et 8, caractérisée en ce que la matière hautement conductrice est un alliage de cuivre. Sonde chauffée selon l'une quelconque des revendications 6,7 et 8, caractérisée en ce que le corps extérieur est réalisé en acier inoxydable.