Brevet FR2512309A1 — publié le 19830304

CARTOUCHE PERFECTIONNEE CHAUFFANTE A L'ELECTRICITE. L'invention concerne un nouveau type de cartouche chauffante à l'électricité perfectionnée. Depuis longtemps, il est connu de réaliser des cartouches chauffantes à l'électricité pour le moulage, l'injec- tion ou l'extrusion des matières plastiques qui circule autour de ces cartouches. Celles-ci, dénommées également par le terme anglais "torpedos" se composent essentiellement - d'un corps creux externe, allongé, conducteur,géné- ralement en acier, voire en cuivre, présentant à une extrémité une tête où viendront se loger les connections électriques de l'élément chauffant et à l'autre extrémité une forme effilée, destinée à venir au contact de la matière à chauffée, - une garniture interne placée dans le canal longitudinal dudit corps creux, formée par un noyau central en céramique sur lequel est enroulé l'élément chauffantspropre- ment dit, l'intervalle entre ce noyau central et la paroi interne du corps creux étant comblé par de la magnésie compactée. Il est indispensable qu'il y ait le minimum de différence thermique entre la pointe et le centre du corps de la cartouche. Or, à l'extrémité du canal du corps creux côté pointe, lors de l'opération de compactage, il se forme souvent un vide qui est fortement préjudiciable à la transmission des calories vers cette pointe. En effet, on a constaté que dans certains cas, pour des températures de fonctionnement de tordre de 2500C, ce pont thermique pouvait engendrer des différences de température entre corps et pointe de tordre de 400C. Dans le brevet américain 3,800,027, dont l'objet a été commercialisé sous la dénomination "Système Spear", on a proposé de rajouter à l'élément chauffant une deuxième résistance axiale qui dépasse de la pointe, afin de réchauffer la matière plastique au point même d'injection et de réduire ainsi l'écart thermique. Toutefois, cette technique nécessite une régulation délicate et entraîne une mise en oeuvre difficile, du fait de l'alimentation de l'outillage en cascade d'une cartouche à l'autre. Dans le brevet américain 3,970,821, correspondant au brevet allemand 2,542,162, on a suggéré de disposer à l'ex- trémité du noyau central une rondelle destinée à recentrer l'élément chauffant par rapport au corps de la cartouche afin d'augmenter la précision de la température sur la périphérie du corps externe. Malheureusement, cette bague dont le diamètre externe correspond au diamètre interne du corps creux, gène le remplissage de la pointe par la céramique, ce qui provoque le pont thermique évoqué ci-dessus. L'invention pallie ces inconvénients. Elle concerne une cartouche perfectionnée du type en question qui soit plus précise, notamment en température, facile à construire et d'une manipula-tion--et d'une -mise en oeuvre -simpli-fiées. Cette cartouche chauffante perfectionnée du type comportant - un corps creux exte-rne allongé conducteur prés##entant une tête où viennent se loger les connections électriques de l'élément chauffant et une extrémité destinée à venir au contact de la matière à chauffer, - une garniture interne placée dans le canal longitudinal dudit corps creux, formée par un noyau central en céramique sur lequel est enroulé l'élément chauffant proprement dit, l'intervalle entre ce noyau central et la paroi externe du canal du corps creux étant comblé par de la magnésie compactée, se caractérise - en ce que le noyau central présente un alèsage axial borgne dirigé vers la pointe, - en ce que l'extrémité effilée du corps creux présente également un alèsage axial borgne, de diamètre identique à celui du précédent, aligné en regard de celui-ci, - et enfin en ce que un tube à chaleur est disposé dans ces deux alèsages. Comme on le sait, les "tubes à chaleur",dénommés aussi parfois "tubes thermiques", "caleoduc" ou "caloduc", sont des dispositifs qui servent à chauffer ou refroidir des organes par transfert de chaleur. Ces dispositifs qui généralement se présentent sous la forme d'un long crayon, se composent essentiellement d'un tube en un matériau conducteur tel que du cuivre, de l'aluminium, du nickel ou de l'acier inox, bouché à une de ses extrémités par une pastille, gé néralement brassée, l'intérieur de ce tube étant maintenu sous vide et contenant de l'eau ou un gaz caloporteur approprié.A ce jour, on utilise essentiellement ces tubes pour le chauffage des moules de fonderie, pour le refroidissement des moules lors de l'injection des matières plastiques ou pour le refroidissement des moteurs ou transformateurs électriques. Dans la réalisation selon l'invention, on met à profit les propriétés de ces tubes à chaleur pour transférer au mieux les calories du noyau vers la pointe. En pratique, ces tubes à chaleur doivent être aussi courts et aussi fins que possible et remplir intégralement les deux alèsages. Avantageusement, la longueur de l'alésage pratiqué dans le noyau est au moins égale à celle de l'alésage pratiqué dans la pointe du corps creux externe ; de préférence, le rapport de ces deux longueurs est voisin de 2. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages,qui en découlent ressortiront mieux de la description qui suit à l'appui des figures annexées et de l'exemple de réalisation décrit donné à titre indicatif et non limitatif. La figure 1 montre, vue1Xen coupe longitudinale, un ensemble cartouche chauffante conforme à l'invention. La figure 2 est une vue grossie d'une coupe longitudinale de l'extrémité de cette cartouche et plus précisément de la partie caractéristique selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent deux variantes du dispositif de la figure 1 avec extrémité arrondie et cylindrique. La figure 5 est une coupe transversale selon l'axe IV IV'. La cartouche selon l'invention se compose - d'un corps creux cylindrique allongé (1) externe en acier inoxydable, par exemple du type 25 ou 35 C D 4, préL sentant une pointe (2) à son extrémité libre destinée à venir au contact de la matière plastique à chauffer ; cette tête (2) peut être pointue, telle que représentée à la figure 1 (pointe à 600C), voire en forme de plein ceintre arrondi ou cylindrique teL, que montré aux figures 3 et 4, soit de toute autre forme appropriée ; ce corps creux (1) présente un canal longitudinal cylindrique interne (5) ; - d'une tête (3) également en acier, soudé en 4 au corps (1) - d'un noyau central cylindirique (6) dénommé parfois doigt,en céramique de magnésie précuite - d'un élément chauffant (7) (fil de nikel - chrome) enroulé en spirale sur le noyau (6) ; les extrémités entrée (8) et sortie (9), p-ar exemple en fil rigide siliconé, de cet élément chauffant (7) sont connectées à des cosses électriques (10) ; la spirale formée par ce-fil chauffant (7) est à pas variable afin de- mieux- chauffer- -les deux- -extrémites; - d'une garniture (11) en céramique (magnésie pure) compactée à 30 % , remplissant intégralement l'espace compris entre le noyau cylindrique (6) et les parois du canal cylindrique (5) ; X - d'un bouchon en silicone (12) destiné à isoler l'ensemble, associé à un autre bouchon d'isolation (13) en ciment et d'une bague de recentrage (14) en céramique. L'extrémité (15) fermée du canal cylindrique (5) a la forme d'un cône. L'extrémité libre (16) du noyau central cylindrique (6)'peut avoir la même conicité que (15) afin d'assurer le recentrage et le logement de ce noyau (6). L'extrémité libre du noyau (6) est perçée d'un alésage axial cylindrique borgne ouvert, dirigé vers la pointe (16). L'extrémité effilée (2) du corps creux (1) présente également un autre alésage axial cylindrique borgne (21) identique, c'est-à-dire dont le diamètre est égal à celui de l'alésage (20). Ces deux alésages (20) et (21) sont situés exactement sur l'axe longitudinal du corps creux (1) et du noyau cylindrique (6) et sont donc alignés en regard l'un de l'autre. Dans le canal cylindrique formé par ces deux alésages (20) et (21), on dispose un tube à chaleur (22) qui épouse étroitement et intégralement le volume des deux alésages (20) et (21) ; cela évite les ponts thermiques, assure une meilleure transmission calorifique et évite le bri du noyau (6) lors de l'opération de compactage. En outre, il est noté qu'il n'y a pas de jeu entre les différents éléments de la cartouche chauffante. Dans une forme de réalisation, cette cartouche présente les dimensions et les caractéristiques suivantes . ~ extérieur de 1 : 10 mm . ~ extérieur du canal (5) : 6 mm . longueur hors-tout de 1 et 3 : 100 mm . ~ du noyau central (6) : 4 mm . ~ des alésages (20-21) : 2 mm . longueur des alésages (20-21): 50 mm dont 36 mm dans le noyau (6)a . ~ du- tube à chaleur-en cuivre- -: - 2 mm .longueur du tube à chaleur 22: 50 mm tube à chaleur (22) à la vapeur d'eau type MT (moyenne température). Le montage de la cartouche chauffante s'effectue de la manière suivante. On alèse (20) le noyau central (6). On bobine sur celui-ci l'élément chauffant (7). On place le tube à chaleur (22) dans l'alésage (20). On positionne alors le corps (1) en plaçant l'extrémité du tube (22) qui dépasse dans l'alésage (21). On remplit ensuite (5) de céramique. On vibre. On met la bague (14) et le bouchon (13).'- On compacte. On place la tête (3). On soude en (4) puis on isole avec le silicone12 On rectifie l'exterieur aux cotes désirées et enfin on isole les sorties (8) et (9) et on connecte les cosses (10). Les cartouches chauffantes perfectionnées réalisées de la sorte présententede nombreux avantages par rapport aux solutions commercialisées à ce jour. On peut citer - la grande précision thermique du fait de la bonne transmission des calories vers la pointe (2) par le tube caloporteur (22) ; ainsi, pour des températures de travail de l'ordre de 250il, par le mode de réalisation décrit ci-dessus, on a constaté une différence de température entre le centre du corps (1) et cette pointe (2) seulement de 50C contre, parfois de 40C dans les solutions actuelles.; - la fiabilité de constructions et de montage - l'excellente stabilité en cours de fonctionnement. De la sorte, on peut utiliser ces dispositifs avec succès dant toutes les applications connues des cartouches chauffantes. On peut citer - le chauffage des matières thermoplastiques, notamment par régulation des canaux d'injection; - le chauffage des bains d'huile ou de liquidezquelcon- que; - le réchauffage d'outillage servant à souder des pièces en matière plastique remplie de liquide ,telles que par exemple les boules de pétanque de plage REVENDICATIONS 1/ Cartouche chauffante perfectionnée du type comportant - un corps creux (1) externe allongé conducteur, présentant une tête (3) où viennent se loger les connections électriques (8-9-10) de l'élément chauffant (7) et une extrémité (2) destinée à venir au contact de la matière à chàuf- fer - une garniture interne placée dans le canal longitudinal (5) dudit corps creux (1) formée par- un noyau central (6) en céramique sur lequel est enroulé l'élément chauffant (7) proprement dit, l'intervalleaentre ce noyau central (6) et la-paroi--(5-) interne-du-capal 5) du-corps creux (1) étant comblé par de la magnésie compactée (11), caractéri see - en ce que le noyau central 46) présente un alésage axial (20) borgne,di#rigé vers la pointe (2), 9 - en ce que l'extrémité effilée (2) du corps creux (1) présente également un alésage axial (21) borgne de diamètre identique à celui du précédent, aligné en regard de celuici, - et enfin en ce qu'un tube à chaleur (22) est disposé dans ces deux alésages (20-21). 2/ Cartouche chauffante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube à chaleur (22) remplit intégralement les deux alésages (20 et 21). 3/ Cartouche chauffante selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la longueur de l'alésage (20) pratiqué dans le noyau central (6) est au moins égale à la longueur de l'alésage (21) pratiqué dans la pointe (2) du corps creux (1). 41 Cartouche chauffante selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport des longueurs desdeux alésages (20-21) est voisin de 2. 5/ Cartouche chauffante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée : - en ce que le noyau central - en ce que l'extrémité effilée (2) du corps creux (1) présente également un alésage cylindrique axial (21) borgne, de diamètre identique à l'alésage (20) et aligné en regard de celui-ci, - en ce que un tube à chaleur cylindrique (22) est disposé dans ces deux alésages cylindriques (20-21) et remplit intégralement le volume formé par ces deux alésages (20-21), - en ce que l'élément chauffant (7) est enroulé en spirale sur le noyau cylindrique central (6), la spirale ainsi formée par cet élément chauffant (7) étant à pas variable, - les extrémités d'entrée (8) et de sortie (9) de cet élément chauffant à l'électricité (7). étant rigides et isolées étant connectées à des cosses (10), - l'intervalle entre le noyau central cylindrique (6) sur lequel est enroulé l'élément chauffant (7) et la paroi interne du canal cylindrique (5) du corps creux allongé (1) effilé (2) étant rempli par de la magnésie compactée (11).