Brevet FR2522581A1 — publié le 19830909

L'invention concerne d'une manière générale les équipements de moulage d'articles du type à réchauffage et soufflage L'invention concerne plus particulièrement un appareil de chauffage destiné à réchauffer des pré- formes d'articles dans un tel équipement de moulage. Un équipement de moulage par réchauffage et soufflage est utilisé pour produire des articles moulés finis à partir de préformes en matière thermoplastique, habituellement produites par une machine de moulage par injection Les préformes d'articles comportent une partie façonnée destinée à recevoir un dispositif de fermeture de l'article, et une partie façonnable destinée à être moulée par soufflage dans la forme de l'article fini Les préformes d'articles sont chargées sur le transporteur de la machine de moulage par soufflage, transportées de façon à passer dans un poste de chauffage o la tempéra- ture de la matière de la préforme est portée à une valeur comprise dans sa plage d'orientation moléculaire, trans- portées de ce poste vers un poste de moulage dans lequel un fluide d'expansion est introduit dans la préforme pen- dant que cette dernière est retenue dans une cavité du moule définissant la forme de l'article fini, et, après l'expansion, l'article fini est éjecté pour être recueilli. L'opération demandant le plus de temps dans le procédé global de production est le chauffage des préformes à la température d'orientation moléculaire de la matière Les matières thermoplastiques conduisent mal la chaleur et lorsque l'on utilise des procédés de chauffage par convection ou par rayonnement, la température de la sur- face de la préforme s'élève à une valeur supérieure à celle atteinte à l'intérieur de la paroi La vitesse de chauffage est donc limitée par la valeur à laquelle la chaleur appliquée à la surface de la matière peut être transmise à l'intérieur de la section de la paroi La limite supérieure de température pour des produits finis acceptables est la température de cristallisation de la matière et la température de surface ne doit pas dépasser cette limite Ainsi, la vitesse de chauffage est en outre assujettie à cette limite de la température maximale de surface. Contrairement aux procédés de chauffage précités, le chauffage par pertes diélectriques dépend moins de la conductibilité thermique de la matière Par contre, la matière s'échauffe soentan&nt lorsqu'elle est placée dans un champ électrique alternatif et, lorsque les molé- cules naturellement polaires de la matière se déplacent pour aligner leurs pôles avec les variations instantanées de polarité du champ, l'énergie cinétique est transformée en chaleur à l'intérieur de la matière Bien que le chauffage par pertes diélectriques soit connu depuis un certain temps, l'adaptation de cette technique à un équipement de moulage par soufflage à des cadences de production élevées reste jusqu'à présent inconnue. L'invention a donc pour objet un appareil destiné à chauffer par pertes diélectriques des préformes d'ar- ticles pour une machine à moulage par soufflage à haute cadence de production L'invention a également pour objet un appareil de chauffage de préformes d'articles par pertes diélectriques, comportant plusieurs paires d'élec- trodes, et notamment des électrodes pouvant être profilées afin d'établir le profil de température de la section de paroi de la préforme d'article. L'invention concerne donc un appareil de chauffage par pertes diélectriques, destiné à une machine de moulage par soufflage à haute cadence de production L'appareil de chauffage comporte plusieurs postes de chauffage compre- nant chacun une paire d'électrodes Chaque paire d'élec- trodes peut être alimentée par un générateur de signaux radiofréquence et les électrodes établissent entre elles un champ alternatif lorsqu'elles sont alimentées Des préformes sont amenées dans le poste de chauffage par des supports sur lesquels les préformes peuvent tourner afin que leurs parties façonnables soient disposées entre les électrodes des paires Au moins une électrode de chaque paire peut être reprofilée afin de modifier les caractéristiques de certaines parties du champ produit entre les électrodes pour établir le profil de température de la section de paroi de la préforme. Dans la forme préférée de réalisation de l'inven- tion, les deux électrodes de chaque paire peuvent être déSplacéSes p>ar rapport 1 'L ae O cent O r 1 orge Ag =A X poste de chauffage afin que leur écartement puisse être réglé efficacement. 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 vue en bout d'un poste de chauffage par pertes diélectriques d'une machine de moulage par soufflage à haute cadence de production; la figure 2 est une vue de face, avec arrache- ment partiel, montrant l'intérieur du poste de chauffage suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue de la partie inférieure de l'intérieur du poste de chauffage suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est un schéma simplifié montrant le câblage électrique entre un générateur radiofréquence et les paires d'électrodes; la figure 5 est une vue en coupe transversale partielle à échelle agrandie d'une préforme d'article disposée entre les électrodes d'une paire du poste de chauffage de la figure 1; et la figure 6 est une coupe partielle de la préforme et de la paire d'électrodes suivant la ligne 6-6 de la figure 5. Un poste de chauffage par pertes diélectriques destiné à une machine de moulage du type à réchauffage et soufflage sera à présent décrit en détail à titre illustratif L'équipement particulier décrit ci-après est fabriqué par la firme Cincinnati Milacron Inc. La machine de moulage par réchauffage et soufflage du type décrit est conçue de manière que le transporteur comporte plusieurs supports modulaires par- courant des trajets continus qui définissent une voie ou plusieurs voies à l'intérieur de la machine Les postes de travail, c'est-à-dire le poste de chargement, le poste de réchauffage, le poste de moulage par soufflage et le poste d'éjection,sont disposés le long de ces voies conti- nues pour permettre l'avance continue pas à pas des supports d'un poste au suivant Ceci simplifie le mécanisme demandé pour la commande du transporteur ainsi que le schéma de commande général du système, car une progression pas à pas du mécanisme de commande du transporteur est déclenchée à la fin des fonctions exécutées par les postes de travail En utilisant des supports modulaires, on minimise les manipulations des préformes et des articles et on obtient des cadences de production relativement élevées. La figure 1 représente un support 20 d'articles porté à l'intérieur d'un four 10 dans lequel il est entré en passant dans une ouverture ménagée dans la plaque extrême d'une enceinte 12 La partie façonnable 110 d'une préforme 113 est suspendue au-dessous d'un mandrin 30 de prise de l'article Sur cette vue, la préforme 113 est montrée comme étant positionnée entre une électrode plate 50 et une électrode 76 pouvant être reprofilée et Xportée par une colonne 52 Comme indiqué précédemment, le transporteur de la machine fait avancer pas à pas les supports de façon à les faire passer par les postes de travail de la machine Sur cette vue, le support 20 est représenté comme reposant au moyen de ses galets 182 et 184 sur des rails 16 et 14 Ces derniers sont sus- pendus à la surface supérieure de l'enceinte 12 au moyen de consoles 154 et 156 de support Des chaînes 18 et 19 d'entratnement du transporteur sont représentées en prise avec le corps 31 du support Pour faire avancer les supports à travers la machine, les chaines sont avancées pas à pas au moyen d'un train de transmission associé au transporteur (non représenté) Pour réaliser un chauffage uniforme de la partie façonnable 110 entre les électrodes et 76, il est nécessaire de communiquer une rotation à la préforme 113 Ceci est obtenu au moyen d'une broche 32 montée de façon à pouvoir tourner et faisant saillie du corps 31 du support, et d'une roue 42 de mise en rota- tion par frottement, représentée comme étant fixée à l'extrémité supérieure de la broche 32 La roue 42 de frottement est en contact avec un disque 148 de mise en rotation Ce disque 148 est fixé à l'extrémité inférieure d'un arbre 160 monté dans un bloc 164 de palier qui est porté par le couvercle supérieur de l'enceinte 12. L'arbre 160 est lui-même entraîné par une roue 162 de commande fixée à l'extrémité supérieure de l'arbre 160. La roue 162 est mise en rotation par une chaîne 180 de transmission en prise avec elle A la différence des chaînes 18 et 19 d'avance du transporteur, la chaîne 180 de mise en rotation ne s'étend pas au-delà des limites extérieures du poste 10 de chauffage Cette chaîne 180 d'entraînement en rotation est menée en continu par un train de transmission de chaîne (non représenté). Comme représenté également sur la figure 1, un générateur radiofréquence 102 et une plaque 60 en T reliée électriquement au générateur 102 et aux colonnes des électrodes pouvant être reprofilées, par exemple la colonne 52, sont montrés en traits pointillés Un support 68 de la plaque en T est également représenté en traits pointillés, de même qu'une console 142 de support et qu'une embase 90 pour la colonne 52 d'électrode De plus, les supports 82 et 84 de montage de l'électrode plate 50 sont représentés partiellement en traits pointillés sur cette figure. La partie intérieure de l'appareil, montrée sur la figure 2, dans la direction de la ligne 2-2 de la figure 1, présente trois postes de chauffage par pertes diélectriques définis par les colonnes 52 à 56 d'électrodes montées sur la plaque 60 Sur cette figure, on voit les supports 20 à 24 positionnés dans les postes de chauffage par pertes diélectriques et reposant sur les rails 14 et 16 La colonne 52 d'électrodes est montrée coupée juste au- dessus de la plaque 60 en T afin de faire apparaître le détail d'une préforme 113 comprenant la partie façonnable 110 qui s'étend au-dessous du mandrin 30 et la partie façonnée 111 qui apparaît à l'intérieur de la partie du mandrin 30 partiellement arrachée Les roues de frottement 38 à 42 sont représentées comme étant fixées respectivement aux broches 36 à 32 des supports 20 à 24 Les roues de frottement 38 à 42 sont représentées en arrière des disques de mise en rota- tion avec lesquels elles sont en contact Des ensembles 166 et 168 d'entraînement en rotation sont représentés partiellement au-dessus des supports 22 et 24 afin de faire apparaître les arbres 34 et 36 de ces supports et les roues 40 et 38 d'entraînement par frottement Des roues dentées montées sur les arbres des ensembles 166 et 168 de commande de rotation sont représentées en prise avec une chaîne 180 de transmission commandant la rota- tion, cette chaîne étant également en prise avec la roue dentée 162 de l'arbre 160 Les colonnes 52 et 56 d'électrodes sont représentées comme étant montées sur des plaques de base 90 à 94 au moyen d'entretoises de support 142, 150 et 152 Des anneaux 98 et 100 à effluves sont repré- sentés en arrière des colonnes 54 et 56 d'électrodes. Ces anneaux à effluves tendent à éviter les amorçages d'arcs pouvant autrement se produire lorsque les colonnes d'électrodes sont alimentées par le générateur radio- fréquence 102 L'électrode plate 50 apparaît comme s'éten- dant dans l'enceinte 12, sur sa longueur, légèrement au- delà de la distance comprise entre les centres des colonnes extrêmes 52 et 56 d'électrodes Les colonnes 58 et 68 de support apparaissent comme descendant du haut de l'enceinte 12 jusqu'à la plaque 60 en T. A chaque pas d'avance des chaînes 18 et 19 du transporteur, un support est amené en position entre les électrodes d'une paire constituée de l'une des électrodes 72 à 76 pouvant être reprofilées et d'une électrode plate 50 A la fin de l'avance du transporteur, la commande du cycle machine (non représentée) permet la mise sous tension de paires d'électrodes au moyen du générateur radiofréquence 102 A la fin des fonctions effectuées dans les autres postes de travail de la machine et pourvu que le cycle de chauffage soit achevé, la commande du cycle machine effectue une autre avance des chaînes 18 et 19 du transporteur et le cycle se répète De cette manière, des préformes entrent dans le poste 8 de chauffage à l'extrémité de gauche sur la figure 2 et avancent d'un poste à l'autre jusqu'à ce qu'elles sortent à l'extrémité de droite de la même figure Il apparaît à présent que dans le poste 10 de chauffage, la rangée de supports 20, 24 reposant sur les rails 14 et 16 du transporteur cons- titue une voie suivie par les préformes d'articles - La figure 3 représente la partie inférieure de l'intérieur du poste 10 de chauffage, dans la direction de la ligne 3-3 de la figure 2 On voit trois paires d'élec- trodes définies par l'électrode plate 50 et les électrodes 72 et 76 pouvant être reprofilées La voie des préformes est définie par l'espace compris entre les électrodes de trois paires Sur cette vue, on voit le contour de la plaque 60 en T La découpure de la plaque 60 pour pren- dre la forme d'un T est destinée à réduire les pertes qui se produiraient autrement entre cette plaque 60 et l'électrode 50 à proximité des colonnes extrêmes 56 et 52. Les consoles de support 78 à 84 de l'électrode plate 50 sont représentées afin de montrer la construction permet- tant de régler la position de la plaque 50 par rapport à l'axe central longitudinal du poste 10 de chauffage. Les consoles 80 et 84 sont montées sur les consoles 78 et 82 auxquelles elles sont fixées par des vis 88 et 86 passant dans des trous oblongs de réglage réalisés dans toutes les consoles 78 et 84 de support D'une manière similaire, les plaques de base 90 et 94 destinées aux colonnes 52 à 56 d'électrodes sont montées de façon à pouvoir être positionnées sur la plaque 60 en T au moyen d'écrous de fixation et de trous oblongs réalisés dans ces plaques de base 90 et 94 Sur cette figure, les anneaux à effluves 98 et 100 ne sont pas représentés afin de montrer la position destrous oblongs de réglage ménagés dans les plaques de base 92 et 94 Cependant, l'anneau à effluves 96 est représenté avec sa console de support fixée à l'extrémité supérieure de la colonne 52 d'électrode. Le conducteur 104 représenté de côté et partiellement en traits pointillés sur la figure 1 apparaît comme s'éten- dant du générateur radiofréquence 102 à l'électrode plate 50. La figure 4 est un schéma simplifié du générateur radiofréquence et des électrodes constituant les postes de chauffage de la section 10 de chauffage L'électrode plate 50 apparaît comme constituant une plaque de capacité pour chacun des trois condensateurs de charge du généra- teur radiofréquence 102 Ces plaques sont reliées les unes aux autres par le conducteur 104, ainsi qu'au générateur radiofréquence Les électrodes 72 et 76 pouvant être reprofilées constituent les plaques complémentaires et elles sont reliées entre elles à une extrémité et reliées au générateur radiofréquence par un conducteur 60 qui correspond à la plaque 60 en T Les trois paires d'élec- trodes 50 et 72 à 76 sont équivalentes, du point de vue électrique, aux trois postes de chauffage par pertes diélectriques disposés dans la section 10 de chauffage. A la fin de l'avance du transporteur, la commande du cycle machine (non représentée) produit un signal de validation appliqué par une ligne 106 au générateur radiofréquence 102 et permettant à ce dernier d'alimenter les paires d'électrodes De cette manière, le potentiel électrique alternatif apparaissant en sortie du générateur radio- fréquence engendre un champ électrique alternatif entre les électrodes des trois paires La force relative du champ électrique en un point quelconque compris entre les électrodes des paires dépend partiellement de la perte d'énergie par conduction se produisant dans le diélectrique disposé entre les électrodes d'une paire Ainsi, en réglant l'écartement des plaques de condensateur, c'est-à- dire des électrodes d'une paire, on peut réaliser une diminution de l'impédance efficace établie par les plaques de condensateur et un accroissement correspondant du courant traversant le diélectrique Il apparaît à l'homme de l'art que le gradient de la force du champ à travers le diélectrique, entre les électrodes, est une fonction du potentiel relatif entre les électrodes et de la distance séparant les électrodes On utilise cette caractéristique propre au champ électrique pour établir le profil de tem- pérature souhaité dans la section de paroi de la préforme. La figure 5 représente en coupe la partie façonnable 110 de la préforme 113 afin de montrer la variation d'épaisseur de la section de la paroi sur la longueur de la préforme Cette dernière est représentée comme étant suspendue au mandrin 30, entre l'électrode et l'électrode 76 pouvant être reprofilée et portée par la colonne 52 L'électrode 76 se présente sous la forme d'une bande continue qui est fixée rigidement à des goujons ou des tiges filetées 112 à 120 Ces goujons sont eux-mêmes disposés transversalement dans des trous à 178 de dégagement ménagés dans la colonne 52. Des écrous 122 à 140, vissés sur les goujons 112 à 120, sont utilisés pour régler la position des goujons 112 à 120 dans la direction transversale par rapport à la colonne 52 et pour bloquer les goujons en position sur la colonne Lorsque, comme montré sur cette figure, la section de paroi de la partie façonnable de la préforme est plus mince à proximité de la partie façonnée, l'électrode 76 pouvant être reprofilée peut être configurée afin d'être plus éloignée de cette partie de la section de paroi de la préforme En outre, en ce qui concerne l'extrémité inférieure fermée de la préforme, l'électrode pouvant être reprofilée et l'électrode plate sont réalisées de façon que l'extrémité inférieure de la paire d'électrodes aboutisse au-dessus de cette partie de la préforme En particulier, l'extrémité inférieure de la paire d'élec- trodes est disposée de façon à coïncider approximativement avec l'amorce du rayon de l'extrémité fermée de la préforme Etant donné que cette extrémité inférieure fermée constitue un trajet de moindre résistance pour le champ électrique établi entre les électrodes, les lignes de flux tendent naturellement à suivre ce contour Etant donné qu'il en résulterait une accélération, dans cette partie de la préforme, du chauffage s'y produisant, on a choisi de placer cette partie de la préforme à un bord du champ électrique engendré entre les électrodes. Ceci tend à permettre au chauffage spontané de la section de la paroi de conduire la chaleur à travers l'extrémité inférieure fermée de la préforme tout en minimisant le chauffage spontané de cette extrémité fermée D'une façon similaire, l'électrode 76 pouvant être reprofilée est réalisée de façon à être légèrement plus étroite que le diamètre intérieur de la préforme, comme indiqué par la coupe de la figure 6, afin que les bords de la préforme s'étendant plus ou moins transversalement au chemin suivi à travers le poste 10 de chauffage se trouvent également dans la périphérie du champ électrique formé par la paire d'électrodes En faisant tourner en continu la préforme pendant qu'elle est maintenue dans le champ entre les électrodes, la section de paroi est chauffée unifor- mément, d'une manière déterminée. En se référant encore à la figure 5, on voit que l'électrode 76 pouvant être reprofilde est pliée en arrière et maintenue en position à l'extrémité supé- rieure de la colonne 52 par une vis 144 La bride 146 de montage de l'anneau d'effluves, également située au- dessous de cette vis, est reliée à l'extrémité supérieure de l'anneau d'effluves 96 Comme indiqué précédemment, la fonction de l'anneau 96 produisant une décharge d'effluves est de réduire l'amorçage d'arcs entre la colonne 52 et les goujons 112 à 120 de réglage du profil. Il apparaît à l'homme de l'art que l'association des goujons de réglage 112 à 120 et des écrous de blocage 102 à 140 permet de donner à l'électrode 76 des profils compris dans une large plage, permettant ainsi de convenir à une large gamme de formes de parties façonnables des sections de parois de préformes. Etant donné que la force du champ électrique dépend directement de la distance comprise entre les électrodes et le diélectrique disposé entre elles, la force efficace du champ en un point quelconque de la il dimension longitudinale de la section de paroi de la préforme peut être modifiée par modification du profil de l'électrode pouvant être reprofilée Lorsque, comme montré sur la figure 5, la section de paroi de la préforme est plus mince à proximité de la partie façonnée, il faut moins d'énergie pour élever la matière de cette portion de la section de paroi à la température d'orientation moléculaire Par conséquent, pour obtenir une température uniforme à travers la partie pouvant être façonnée, il est nécessaire de réduire davantage les effets du chauffage spontané dans la section de paroi plus mince que dans la section plus épaisse Ceci est obtenu par une augmentation de la distance comprise entre les électrodes dans la zone de la section de paroi plus mince. Le profil de l'électrode pouvant être reprofilée est donc imposé par le profil de température souhaité sur la dimen- sion longitudinale de la section de paroi de la préforme et par la géométrie de cette section de paroi Si des variations extrêmes de la force du champ sont demandées, il peut être nécessaire de réaliser les deux électrodes de la paire afin qu'elles puissent être reprofilées. La Demanderesse a travaillé avec succès sur une large gamme de formes et de dimensions de préformes en utilisant une seule électrode pouvant être reprofilée dans chaque paire d'électrodes Le même procédé de réglage sert à produire des variations de température le long de la di- mension longitudinale des parois de la préforme, comme cela peut être souhaitable dans certains cas. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention En particulier, il est possible d'utiliser un nombre quelconque de postes de chauffage dans la section 10 de chauffage par pertes diélectriques, en procédant à une adaptation modulaire des ensembles décrits et représentés En outre, bien qu'un chauffage par pertes diélectriques convienne effi- cacement à des matières présentant des propriétés molé- culaires polaires, l'invention n'est pas limitée, dans son application, à une matière thermoplastique particulière quelconque, car des propriétés polaires peuvent être conférées par des additifs à des matières non polaires. REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage par pertes diélectriques de préformes ( 113) d'articles en matière thermoplastique, chaque préforme d'article ayant une partie façonnée ( 111) et une partie façonnable ( 110) destinée à être chauffée à une température d'orientation moléculaire en préparation d'une expansion biaxiale pour obtenir un article fini, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un géné- rateur ( 102) de signaux radiofréquence destiné à produire un potentiel électrique alternatif ayant une fréquence comprise dans la bande des radiofréquences, plusieurs paires d'électrodes pouvant être alimentées par le généra- teur et comportant chacune au moins une électrode ( 76) pouvant être reprofilée, les électrodes des paires étant disposées pour produire entre elles un champ électrique alternatif lorsqu'elles sont alimentées par le générateur, et des moyens ( 20) destinés à supporter, en lui permettant de tourner,une seule préforme entre les électrodes de chaque paire, chaque préforme étant supportée de façon que sa partie façonnable se trouve dans le champ électrique alternatif d'une paire d'électrodes. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens permettant de modifier les positions des électrodes des paires d'électrodes afin de faire varier l'écartement desdites électrodes. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode pouvant être reprofilée comprend une colonne ( 52) de support, plusieurs tiges transversales ( 112-120) montées de façon à pouvoir coulisser dans plu- sieurs trous oblongs parallèles ( 170-178) de la colonne, une bande ( 76) d'électrodes fixée rigidement à une extrémité des tiges, et des moyens de blocage ( 122-140) destinés à bloquer séparément la longueur sur laquelle chaque tige s'étend de la colonne à la bande d'électrodes,de manière à définir ainsi le profil de cette bande. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande d'électrodes est d'une largeur infé- rieure au diamètre intérieur de la préforme. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités inférieures de la bande d'électrodes et de l'électrode ( 50) ne pouvant être reprofilée coïncident et se trouvent au-dessus de l'ex- trémité fermée de la préforme disposée entre ces électrodes. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes des paires sont disposées de façon à définir entre elles une voie unique, sensiblement rectiligne. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrode ne pouvant être reprofilée comprend une plaque ( 50) sensiblement plane, montée de façon à pouvoir être réglée en position par rapport à l'axe central de la voie. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le générateur radiofréquence est monté au- dessous de la voie et placé à peu près à égale distance des paires extrêmes d'électrodes, l'appareil comprenant en outre une plaque ( 60) de montage d'électrodes destinée à supporter les colonnes, recouvrant le générateur radio- fréquence et découpée en certaines zones, au-dessous de la voie, cette plaque s'étendant au-delà du contour du générateur.