Brevet FR2524376A1 — publié le 19831007

L'invention concerne une tête de soufflage pour la fabrication d'une feuille soufflée en matière plastique par la pose à plat d'une gaine de feuille soufflée, équipée d'un distributeur en une ou plusieurs parties et d'un organe de souffage composé d'un noyau et d'une sortie de filière, un échangeur de chaleur destiné à agir sur des surépaisseurs et/ou sousépaisseurs de feuille qui apparaissent de manière irrégulière autour de l'axe de la tête de soufflage étant disposé au moins dans une région de la tête de soufflage Il peut s'agir d'une tête de soufflage pour la fabrication de feuilles de matière plastique en une seule ou en plusieurs couches Le terme feuille de matière plastique couvre donc aussi bien les feuilles monocouches que les feuilles multicouches Les surépaisseurs et les sous-épaisseurs de la feuille forment le profil dit de tolérance de la feuille de matière plasti- que terminée Ce profil de tolérance doit satisfaire de plus en plus à des exigences de plus en plus sévères En outre, la pratique réclame une répartition aussi homogène que possible des tensions internes inévitables dans la feuille de matière plastique terminée Les surépaisseurs et sousépaisseurs gênent le traitement ultérieur de la feuille de matière plastique. Dans la tête de soufflage bien connue (demande de brevet allemand N O 2 947 293), les différents échangeurs de chaleur forment des chambres réparties autour de l'axe de la tête de soufflage Ces chambres constituent des chambres de refroidissement qui sont raccordées, à cet effet, à des circuits de refroidissement correspondants. flude Elles sont traversées par le/caloporteur refoulé à l'aide d'une ou de plusieurs pompes Par des mesures relevant de la technique de mesure et de réglage, avec un grand nombre d'organes de réglage, on essaie de minimiser les écarts définis par les surépaisseurs et/ou sous-épaisseurs de la feuille Toutefois, la tolérance est de l'ordre de + 8 % dans le cas le plus favorable, elle est d'environ + 5 % de l'épaisseur moyenne de la feuille et elle ne peut être réglée avec une précision plus grande De plus, la dépense en moyens techniques de mesure et de réglage est considérable Selon la taille de l'outil, le nombre des différentes chambres réparties autour de l'axe de la tête de soufflage et munies des organes de réglage correspondants peut s'élever, le cas échéant, à cent et plus Un tel système n'est guère plus maîtrisable Des surépaisseurs et sous-épaisseurs de feuille gênantes se produissent après comme avant. La présente invention a donc pour objet-de perfec- tionner une tête de soufflage du genre précité de telle façon que les surépaisseurs et/ou sous-épaisseurs de la feuille de matière plastique terminée sont considérablement réduites, à savoir sans recourir à des mesures de réglage coûteuses. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'échangeur de chaleur est constitué par une fente annulaire qui s'étend autour de l'axe de la tête de soufflage et essentiellement parallèlement au courant de masse de la matière thermoplastique, et que la fente annu- laire n'est remplie que partiellement d'un fluide calopor- teur évaporable et recondensable dans la plage des tempéra- tures de travail de la tête de soufflage ladite fente annulaire étant, par ailleurs, fermée de manière étanche de façon à former un échangeur de chaleur autogène. L'invention part du fait que dans une boudineuse à vis la matière thermoplastique amenée à la tête de soufflage présente,malgré le traitement dans la boudineuse à vis, des différences de viscosité qui provoquent des différences d'écoulement dans la tête de soufflage Il en résulte un effet qui entraîne, pour les têtes de soufflage bien connues, un ou plusieurs états d'équilibre partiels Cela signifie que des courants de masse à viscosité plus faible et donc à température plus élevée portent l'outil partiellement à un niveau de température plus élevé, ce qui entraîne un autre abaissement de la viscosité à cet endroit Un équili- bre par rapport aux sections voisines et par rapport à l'extérieur est alors déterminé par l'intermédiaire de la conductibilité thermique du corps métallique qui forme la tête de soufflage Selon l'invention, l'échangeur de chaleur autogène décrit ci-dessus compense les hausses et les baisses locales de la températures, une transmission de chaleur compensatrice étant assurée automatiquement dans la fente annulaire En conclusion, on obtient dans la tête de soufflage un courant de matière fondue qui, à symétrie de révolution, présente partout la même viscosité, autrement dit la même température L'invention met alors à profit le fait que, dans une fente annulaire disposée de la manière décrite, les variations décrites qui se produisent sur la hauteur de la fente annulaire et/ou sur la circonférence entraînent des variations de températures qui sont compen- sées par le fait que le fluide caloporteur s'évapore dans les régions plus chaudes de la fente annulaire et se recondense aux endroits plus frais En sélectionnant d'une manière convenable le fluide caloporteur, cet effet de transport qui utilise l'énergie d'évaporation et l'énergie de condensation peut être réglé de façon à devenir déjà pleinement efficace à des différences de température extrê- mement faibles Le transport de chaleur ainsi obtenu est supérieur d'un facteur de plus de 103 à la transmission thermique habituelle dans du métal Cet échange de chaleur fonctionne alors de manière autogène L'adjectif autogène exprime le fait que le compensateur de température de la tête de soufflage selon l'invention n'est pas raccordé à un circuit de refroidissement ou de chauffage associé Au contraire, l'ensemble du processus d'échange de chaleur est adiabatique en première approximation, les relations adiabatiques étant perturbées uniquement par la perte de chaleur à l'environnement Cette perturbation est tellement faible que, du point de vue de la symétrie de révolution, elle est sans effet sur l'uniformisation recherchée de la température du courant de matière fondue Le courant de matière -fondue présente, sur toute sa sortie, la même viscosité Aux endroits o il y a formation de surépaisseurs et/ou de sous-épaisseurs de feuille pour des raisons géométriques, celles-ci sont beaucoup plus faibles que dans le cas du mode de réalisation bien connu La répartition des tensions internes inévitables est très homogène. En détail, la présente invention offre plusieurs possibilités pour la réalisation ultérieure Ainsi, un mode de réalisation préféré de l'invention qui favorise le transport de chaleur est caractérisé par le fait que la fente annulaire fermée et remplie uniquement en partie de fluide caloporteur est par ailleurs évacuée aussi complète- ment que possible Dans le cadre de l'invention, il est divers prévu de travailler avec les fluides caloporteurs les p us/ pourvu que, dans la plage de température de la tête de soufflage, c'est-à-dire entre les endroits-les plus chauds et les endroits les plus froids de la fente annulaire, on obtienne une évaporation et une condensation suffisante. Il va de soi que la disposition doit être choisie de telle façon que le caloporteur liquide se trouve dans la zone la plus chaude de la fente annulaire Pour permettre au fluide caloporteur condensé de parvenir à l'endroit le plus chaud, un compensateur de température autogène peut également comprendre des éléments auxiliaires, par exemple des éléments incorporés à effet capillaire Dans le cas des matières thermoplastique ordinaires, il est généralement possible d'utiliser comme fluide caloporteur de l'eau distillée. En ce qui concerne la construction, les possibilités les plus diverses peuvent être adoptées En général, une compensation suffisante de la température est obtenue si la sortie de la filière aussi bien que le noyau de la tête de soufflage ou de l'outil de soufflage proprement dit sont munis d'un compensateur de chaleur autogène du type précité qui assume la fonction décrite De plus, il est également possible de prévoir un compensateur de chaleur autogène dans le distributeur Des conditions optimales sont obtenues en prévoyant dans le noyau du distributeur, concentriquement à l'axe de la tête de soufflage, un autre espace conique qui est rempli en partie seulement d'un fluide caloporteur pouvant être évaporé et recondensé à l'intérieur de la plage de température de travail de la tête de soufflage et fermé par ailleurs de manière étanche, dans lequel on peut faire le vide dans une large mesure et qui, de ce fait, constitue un compensateur de chaleur autogène assumant la fonction décrite Il est prévu dans le cadre de l'invention qu'au moins quelques- uns des compensateurs de chaleur sont couplés par des canaux de raccordement. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 présente une coupe verticale d'une tête de soufflage selon l'invention. La figure 2 présente, à une échelle considérablement plus grande par rapport à la figure 1, un schéma pour illustrer le fonctionnement de l'échangeur de chaleur dans le cas d'une tête de soufflage selon l'invention. La tête de soufflage représentée à la figure 1 sert à la fabrication d'une feuille soufflée en matière plastique par la pose à plat d'une gaine soufflée 1 La tête de soufflage se compose fondamentalement d'un distributeur 2, réalisé en plusieurs parties dans l'exemple de réalisation représenté, et d'un outil de soufflage comprenant le noyau 3 et la sortie de filière 4 La tête de soufflage est montée-sur une boudineuse à vis pour matières plastiques non représentée La fente annulaire de sortie 5 entre le noyau 3 et la sortie de filière 4 fait sortir une gaine 6 en matière thermoplastique qui est ensuite gonflée en une gaine de feuille soufflée 1 Cela se fait à l'aide de l'air de soufflage qui est amené ou évacué par l'intermé- diaire des canaux d'air de soufflage 7, 8 La gaine de feuille soufflée 1 est mise à plat ultérieurement En général, le système est conçu de telle façon qu'une fente annulaire de sortie 5 pour la matière thermoplastique est formée entre le noyau 3 et la sortie de filière 4, concen- triquement à l'axe-de la tête de soufflage 9 Il est l suggéré dans la figure que le distributeur 2 représenté peut recevoir différents outils de soufflage 3, 4 qui définissent des fentes annulaires de sortie 5 de différents diamètres On remarque donc dans la partie gauche de la figure un canal 10 pour le courant de masse qui s'élargit en quelque sorte coniquement avant de sortir de la fente annulaire de sortie 5, tandis que dans la partie droite de la figuré il présente une forme pratiquement cylindrique. Le système est réalisé de telle façon que dans au moins une zone de la tête de soufflage est disposé au moins un échangeur de chaleur pour agir sur des surépaisseurs et/ou des sous-épaisseurs qui apparaissent de manière irrégulière autour de l'axe 9 de la tête de soufflage Selon l'inven- tion, cet échangeur de chaleur se compose d'une fente annulaire Il qui entoure l'axe 9 de la tête de soufflage et s'étend essentiellement parallèlement au courant de masse de la matière thermoplastique Il ressort notamment de la figure 2 schématisée que la fente annulaire Il n'est remplie qu'en partie d'un fluide caloporteur 12 évaporable et recondensable dans la plage de température de travail de la tête de soufflage 3, 4 et que, par ailleurs, elle est fermée de manière étanche formant ainsi un compensateur de chaleur autogène qui fonctionne de manière adiabatique dans le sens expliqué précédemment En ce qui concerne la figure 2, il peut s'agir du détail A de l'objet de la figure 1 complété par rapport à l'axe 9 de la tête de soufflage On remarque la fente annulaire Il qui est complètement fermée et remplie, dans sa partie inférieure, du fluide caloporteur 12 De même, on reconnaît le canal qui est traversé par la matière thermoplastique dans la direction de la flèche 13 indiquée En 14 se trouve une zone de température accrue parce que cette zone est en quelque sorte la première à entrer en contact avec le courant de matière plastique En revanche, des zones de température réduite peuvent se trouver en 15 et 16 Il suffit d'une faible différence de température pour provoquer dans ce compensateur de température autogène une évapora- tion dans la zone 14 de température accrue et une condensa- tion dans les zones 15 et 16 mentionnées de température réduite avec comme résultat la compensation de température recherchée, la vapeur du fluide caloporteur évaporé 12 circulant dans le sens des lignes D comme cela est indiqué dans la figure 2 Mais elle peut également circuler de façon à décrire un arc En tout cas, on peut obtenir que la tolérance d'épaisseur définie par les surépaisseurs et/ou les sous-épaisseurs de la feuille reste à l'intérieur d'une plage de moins de 5 % (contre environ + 8 % jusqu'ici). Des conditions particulièrement favorables en ce qui concerne l'échange de chaleur et donc la compensation de la température sont obtenues en évacuant l'air complète- ment que possible, c'est-à-dire en faisant pratiquement le vide dans la fente annulaire Il fermée hermétiquement et remplie en partie seulement de fluide caloporteur 12. Aux températures atteintes par les matières thermoplastiques habituelles, il est possible d'utiliser de l'eau comme fluide caloporteur 12. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, la tête de soufflage comporte l'outil de soufflage déjà décrit avec le noyau 3 et la sortie de filière 4 et un distributeur 2 en deux parties avec distributeur hélicoïdal supérieur 17 et canal de distribution linéaire 18 disposé en amont On remarque que la sortie de filière 4 aussi bien que le noyau 3 comportent une fente annulaire 11 servant de compensateur de température autogène De plus, le distribu- teur 2 est équipé, lui aussi, de telles fentes annulaires 11 Dans l'exemple de réalisation représenté, un échangeur de chaleur autogène supplémentaire 19 est prévu dans la partie inférieure du distributeur On distingue ici, con- centriquement à l'axe 9 de la tête de soufflage, un espace conique qui est rempli en partie seulement d'un fluide caloporteur 12 évaporable et recondensable à la température de travail de la tête de soufflage, qui est par ailleurs fermé hermétiquement et dans lequel on a fait le vide et qui, de ce fait, forme de la manière décrite un compensa- teur de température 19 La possibilité de relier plusieurs échangeurs de chaleur ou compensateurs de température 11 ou 19 n'a pas été représentée dans les dessins. REVENDICATIONS 1 Tête de soufflage pour la fabrication d'une feuille soufflée en matière plastique par la pose à plat d'une gaine de feuille soufflée, équipée d'un distributeur en une ou plusieurs parties et d'un outil de soufflage composé d'un noyau et d'une sortie de filière, au moins un échangeur de chaleur destiné à agir sur des surépaisseurs et/ou sous-épaisseurs de feuille qui apparais- sent de manière irrégulière autour de l'axe de la tête de soufflage étant disposé au moins dans une région de la tête de soufflage, caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur se compose d'une fente annulaire ( 11) qui s'étend autour de l'axe de la tête de soufflage ( 9) et essentiellement parallèlement au courant de masse de la matière thermoplastique, et que la fente annulaire ( 11) n'est remplie que partiellement d'un fluide caloporteur ( 12) évaporable et recondensable dans la plage des tempéra- tures de travail de la tête de soufflage, ladite fente annulaire étant, par ailleurs, fermée de manière étanche de façon à former un compensateur de température autogène. 2 Tête de soufflage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la fente annulaire ( 11) fermée et remplie en partie seulement du fluide caloporteur ( 12) est par ailleurs évacuée aussi complètement que possible. 3 Tête de soufflage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la fente annulaire ( 11) contient de l'eau distillée comme fluide caloporleur ( 12). 4 Tête de soufflage selon l'une des revendications 1 à 3 dans le mode de réalisation avec plusieurs échangeurs de chaleur aménagés dans l'outil de soufflage, caractérisée par le fait qu'un compensateur de température autogène ( 11) est disposé dans la sortie de filière ( 4) aussi bien que dans le noyau ( 3). 5 Tête de soufflage selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le distributeur ( 2) comporte au moins un compensateur de température autogène ( 11). 6 Tête de soufflage selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte dans le noyau du distributeur ( 2), concentriquement à l'axe de la tête de soufflage ( 9), un espace conique ( 19) qui est rempli en partie seulement du fluide caloporteur ( 12) pouvant être évaporé et recondensé à l'intérieur de la plage des tempéra- tures de travail de la tête de soufflage et fermé par ailleurs de manière étanche de façon à former un compensa- teur de température autogène. 7 Tête de soufflage selon l'une des revendications 1 à 6 avec plusieurs compensateurs de température, caracté- risée par le fait qu'au moins quelques-uns des compensateurs de température ( 11, 19) sont couplés par des canaux de raccordement.