Brevet FR2526783A1 — publié le 19831118

i 2526783 DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRONIQUE PROTEGE CONTRE L'ENVIRONNEMENT POUR UNE MACHINE A FORMER DES ARTICLES EN VERRE La présente invention se rapporte d'une façon générale aux dispositifs de commande des machines à for- mer des articles en verre, et concerne plus particulière- ment un dispositif de refroidissement pour les composants électroniques situés dans un environnement industriel hostile, au voisinage d'une machine à former des articles en verre 1 La machine à former des articles en verre à sections individuelles est bien connue, et elle comporte plusieurs sections avec chacune des dispositifs pour former des articles en verre en une séquence prédétermi- née d'opérations temporisées; les dispositifs de formage dans chaque section sont généralement commandés par des moteurs ou des dispositifs d'actionnement pneumatiques. Les moteurs pneumatiques peuvent être commandés par un dispositif de commande électronique, comme celui décrit dans le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 4 152 134. Un problème posé par l'utilisation des disposi- tifs de commande électronique dans des machines à former des articles en verre est que les circuits intégrés de qualité commerciale standard ne peuvent être placés en toute proximité d'une machine à former les articles en verre La température ambiante au voisinage de la machine à former les articles en verre est trop élevée pour per- mettre aux circuits intégrés de fonctionner avec sécurité. De plus, au voisinage d'une machine à former des articles en verre, l'air est trop chaud et trop pollué pour mettre en oeuvre des procédés classiques de refroidissement par circulation d'air Les dispositifs de commande élec- tronique dela technique antérieure devaient être situés à distance de la zone des machines, dans un environnement convenant mieux. Il est souhaitable de placer le dispositif de commande électronique au voisinage de la machine à former les articles en verre Ce positionnement réduit les per- turbations dues à des parasites électriques et accroît les largeurs de bande des dispositifs de commande, faci- litant ainsi un fonctionnement plus efficace Le besoin existe donc d'un dispositif de refroidissement permettant de situer les composants de commande électronique dans l'environnement industriel hostile, au voisinage d'une machine à former des articles en verre. L'invention concerne donc un dispositif de re- froidissement pour maintenir des composants électroniques de qualité commerciale, montés sur une carte de circuits imprimés, à une température de fonctionnement sûre, lors- qu'ils sont utilisés dans un dispositif de commande situé dans l'environnement industriel hostile au voisinage d'une machine à former des articles en verre La carte de circuits imprimés comporte un dissipateur thermique de carte qui lui est fixé, couvrant pratiquement la surface de montage des composants de cette carte Le dissipateur thermique de carte comporte au moins une surface conduc- trice de la chaleur pour un composant et un panneau métal- lique Le panneau comporte des trous qui sont formés pour permettre le passage des composants électroniques à tra- vers la carte de circuits imprimés sans être en contact avec le dissipateur thermique de carte Plusieurs con- duites sont formées dans une tubulure d'agent de refroi- dissement pour permettre le passage d'un fluide de refroi- dissement fourni par une source extérieure Un dispositif conducteur de la chaleur est en contact avec une partie du dissipateur thermique de carte et transfère l'énergie thermique des-composants vers la tubulure d'agent de oe- froidissement Dans le mode préféré de réalisation, un guide de carte est en contact à frottement avec le dissi- pateur thermique de carte Un support de carte fixé sur la tubulure supporte le guide de carte et transfère l'énergie thermique du dissipateur thermique de carte vers la tubulure d'agent de refroidissement Cette der- nière est en contact avec un bo tier étanche à l'air con- 3 2526783 tenant à la fois les composants électroniques et les dispositifs conducteurs de la chaleur. Un objet de l'invention est donc de proposer un dispositif de refroidissement pour une unité de com- mande électronique d'une machine à former des articles en verre. Un autre objet encore de l'invention est de pro- poser un appareil de refroidissement qui permet le fonc- tionnement d'un dispositif de commande à microprocesseur dans un environnement industriel difficile, par exemple au voisinage d'une machine à former des articles en verre. Un autre objet encore de l'invention est de pro- poser un dispositif de commande qui augmente le rendement et la précision de machines à former des articles en verre à sections individuelles. D'autrescaractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation en se référant aux dessins annexés sur lesquels; La Figure 1 est un schéma simplifié d'une machine à former des articles en verre à sections individuelles comprenant un dispositif de commande électronique selon l'invention, la Figure 2 est une vue de côté du dispositif de commande électronique de la Figure 1 dont une partie de la paroi latérale est coupée, la Figure 3 est une coupe en vue de face suivant la ligne 3-3 de la Figure 2, la Figure 4 est une vue en perspective éclatée montrant l'ensemble de la carte de circuits imprimés et du dissipateur thermique de carte de la figure 2, et la Figure 5 est une vue partielle à plus grande échelle de la carte de circuits imprimés et du dissipateur thermique de la Figure 2. La Figure 1 est donc un schéma simplifié d'une 4 2526783 machine à former des articles de verre comportant un dispositif de commande électronique selon l'invention. Une machine 10 à former des articles de verre à sections individuelles est reliée à un dispositif de commande élec- tronique 11 par une ou plusieurs lignes 12 Le dispositif de commande 11 émet des signaux de commande vers la machine sur les lignes 12 et peut recevoir des signaux de cette machine 10, qui en représentent l'état Une source d'alimentation 13 est connectée au dispositif de commande électronique 11 par une ou plusieurs lignes 14 pour four- nir le courant électrique aux composants du dispositif de commande Le dispositif de commande 11 est également relié à une source 15 defluide de refroidissement par une ou plusieurs conduites 16 La source 15 de fluide de refroi- dissement fait circuler un fluide de refroidissement dans un circuit de refroidissement du dispositif de commande électronique 11 pour maintenir à l'intérieur de ce dernier la température ambiante à unexaleur qui permet d'utiliser des composants électroniques de qualité commerciale (en général, plage de fonctionnement de O à 70 C) dans les circuits du dispositif de commande électronique quand ce dernier est placé en toute proximité de la machine 10 à former des articles de verre. Les Figures 2 et 3 représentent le dispositif de commande électronique 11 de la Figure 1 La Figure 2 est une vue de côté avec une partie du boitier enlevée etla Figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la Figure 2 Les circuits électroniques du dispositif de commande 11 sont enfermés dans un boîtier étanthe 20 comprenant une paroi inférieure 21, des parois latérales 22, des parois d'extrémité 23 et une paroi supérieure 24 généralement en acier Le bo tier 20 évite que les com- posants électroniques du dispositif de commande 11 suent exposés à l'air chaud et pollué qui est généralement pré- sent au voisinage des machines, comme une machine à former des articles de verre La surface supérieure de la paroi supérieure 24 est en contact avec une surface inférieure 2526783 d'une tubulure 25 sous pression Le boîtier peut être fixé à la tubulure par des pièces de fixation appropriées ou par des verrous libérables 26 qui serrent fermement la surface supérieure de la paroi supérieure 24 sur la -surface inférieure de la tubulure 25 L'une des parois latérales 22 peut être montée sur charnières, afin de permettre d'accéder aux composants électroniques. Comme le montre la Figure 3, plusieurs conduits 27 sont formées dans la tubulure 25 pour le passage de fluide de refroidissement dans cette tubulure Deux con- duites 16 sont branchées sur la tubulure 25 pour pomper continuellement ou cycliquement du fluide de refroidisse- ment par les conduits 27 Deux ou plusieurs tubulures 25 peuvent être branchées en série ou en parallèle sur la source 15 de fluide de refroidissement. Des composants électroniques sont généralement montés sur un ensemble de carte de circuits imprimés désigné globalement par 28 Ce montage permet une inter- changeabilité rapide des composants et des cartes et facilite un entretien efficace La Figure 4 illustre la réalisation d'un ensemble 28 de carte de circuits im- primés Une carte 29 de circuits imprimés forme la base de l'ensemble 28, d'une façon bien connue Une feuille 30 isolante de l'électricité couvre pratiquement la surface supérieure de la carte de circuits 29 La feuille 30 doit être suffisamment flexible pour épouser la forme de la carte de circuit 29 sur la totalité de la surface couverte. En général, la carte 29 est à double face et nécessite un isolant pour que les conducteurs des circuits ne soient pas en court-circuit Une feuille de silicones, fabriquée sous le nom de marque Sil Pad 400 par Berquist de Minnea- polis, Minnesota, s'est avérée donner des résultats satis- faisants. Un panneau métallique 31 plat recouvre la feuille 30 Le panneau doit être un conducteur de la chaleur léger, comme de l'aluminium, pour obtenir les meilleurs résultats. Le panneau 31, la feuille 30 et la carte de circuits 29, 6 2526783 sont assemblés par plusieurs vis 32 et des douilles taraudées 32 (dont une seule est représentée), situées de préférence aux angles de l'ensemble de cartes 28. Une rondelle de blocage 34 peut être utilisée sous la tête de chaque vis 32. La feuille 30 et le panneau 31 comportent des ouvertures 35 et 36 q Uisont formées denanière à permettre que des parties des composants électroniques traversent la carte 29 de circuits imprimés Comme le montre la Figure 3, une résistance 37 et une pastille 38 de cirauits intégrés traversent chacune la carte de circuits 29. Des pièces 39 et 40 de matière conductrice de la chaleur peuvent être utilisées pour espacer les composants élec- triques 37 et 38, au-dessus du panneau métallique 31. La feuille 30 et le panneau 31 sont chacun encochés en 41 pour recevoir un connecteur de câble 42 monté sur la carte 29. Bien que la feuille 30 soit représentée comme un élément séparé en contact avec la surface de la carte 29 de circuits imprimés, elle peut être formée solidaire- ment de la carte à partir d'une ou plusieurs couches d'un masque à soudage Une couche de polymères photosensibles en film sec semi-aqueux, produit par Dynachem Corporation de Santa Anna, Californie, peut convenir La couche est appliquée pendant la fabrication dela carte 29 et exposée avecle même masque que celui utilisé sur l'autre face de la carte pour ouvrir les ouvertures destinées aux conduc- teurs des composants. Les pièces 39 et 40 de matière conductrice de la chaleur sont faites d'un tampon élastique ou d'une pàte, assurant un bon contact avec les composants électriques 37 et 38 et la plaque 31 Des matières de tampon et de pâtes qui conviennent sont produites respectivement sous le nom de ChoTherm 1671 et Cho-Therm 1643 par Chomerics, Woburn, Massachusets. La Figure 5 est une coupe à grande échelle d'une partie de l'ensemble 29 de carte de circuits imprimés. 7 2526783 La pastille 38 de circuits intégrés repose sur le tampon conducteur de la chaleur et ses conducteurs traversent la carte de circuits 29 sur laquelle des connexions soudées 43 établissent une liaison électrique etmécanique de la manière habituelle L'énergie thermique développée par le fonctionnement des composants électriques comme la pastille 38 de circuits intégrés, par effet Joule, est conduitepar la pièce 40 de matière conductrice de la chaleur vers le panneau métallique 31. L'énergie thermique recueillie par le panneau 31 est transmise à la tubulure de refroidissement 25 par un dispositif conducteur de la chaleur en contact avec une partie du dissipateur thermique de la carte de circuits. Dans le présent mode de réalisation, deux guides de cartes 44 sont en contact à friction avec l'ensemble 28 de carte de circuits Chaque guide de carte 44 comporte un ressort qui s'appuie contre la carte 29, appliquant la plaque 31 contre un rebord 46 du guide de carte Les guides de carte sont supportés par un support supérieur 47 et un support inférieur 48 Deux guides de carte 44 sont repré- sentés, mais il est évident que l'invention concerne l'utilisation d'un nombre quelconque de ces guides Les supports de carte 47 et 48 sont fixés par leur extrémité sur deux plaques d'extrémité 49 (dont une seule est re- présentée) pour former une structure d'alvéole à cartes ouverte sur les côtés pour permettre la circulation d'air et faciliter les remplacements des ensembles de cartes 28 La surface supérieure du support de cartes supérieur de l'alvéole est serrée contre la surface inférieure de la paroi supérieure 24 pour améliorer la conduction ther- mique, au moyen d'un ou plusieurs supports élastiques 50. Les guides de cartes 44 et les supports de cartes 47 et 48 maintiennent l'ensemble de carte de circuits 28 en posi- tion correcte dans le boîtier 20 Le support de carte supérieur 47 a une épaisseur à peu près double de celle du support de carte inférieur 48, car ce support de carte supérieur fonctionne également comme un circuit con- ducteur de la chaleur. 8 2526783 L'énergie thermique qui s'accumule dans le panneau métallique 31 recherche un chemin vers une ré- gion dont le niveau d'énergie thermique est plus bas. Ainsi, la chaleur accumulée passe du panneau métallique 31 à travers le guide de carte 44 et dans le grand sup- port de carte supérieur 47 La tubulure de refroidisse- ment 25 est en contact avec la paroi supérieure 24 qui, à son tour, est en contact avec le support de carte supérieur 44 et elle absorbe la plus grosse partie de l'énergie thermique transmise Le fluide de refroidisse- ment qui circule continuellement dans les conduits 27 de la tubulure, élimine la plus grande partie de la cha- leur reçue par la tubulure 25 Ainsi, les composants électroniques montés sur la carte 29 de circuits imprimés sont maintenus à une température de fonctionnement sûr. Comme cela a été indiqué ci-dessus, l'invention permet de placer un dispositif de commande électronique en toute proximité d'une machine à former des articles en verre Un tel environnement peut présenter des tempé- ratures ambiantes d'environ 520 C, des températures de source de rayonnement à proximité d'environ 770 C et des températures de source ponctuelle de 10950 C L'invention permet d'utiliser les circuits intégrés de qualité com- merciale (plage de température de fonctionnement de O à 70 WC) dans un boîtier qui doit être étanche pour per- mettre le nettoyage à la vapeur et avec les limitations d'encombrement qu'imposent des densités des circuits trop importantespour le refroidissement par rayonnement ou convention forcée L'invention assure le refroidisse- ment par conduction vers un fluide de refroidissement en circulation. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 9 2526783 REVENDICATIONS 1 Dispositif de refroidissement pour une machine à former des articles de verre comportant un dispositif de commande électronique comprenant un com- posant électronique( 29) et un dispositif ( 47, 48) de montage du composant électronique, dispositif de refroi- dissement caractérisé en ce qu'il comporte un dissi- pateur thermique ( 31) en relation de transfert de chaleur entre le composant électronique ( 29) et le dispositif de montage ( 47), une tubulure de refroidissement ( 25) et un dispositif conducteur de la chaleur ( 44) en relation de transfert de chaleur entre ledit dissipateur thermique et ladite tubulure de manière que la chaleur développée dans le 'composant électronique soit transférée à ladite tubulure par ledit dispositif conducteur de la chaleur pour refroidir le composant électronique. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit dissipateur thermique ( 31) est un panneau métallique en relation de transfert de chaleur entre le composant électronique ( 29) et le dispositif de montage ( 47). 3 Dispositif selon la revendication 1,carac- térisé en ce que ledit dissipateur thermique comporte une pièce ( 39, 40) de matière conductrice de la chaleur en relation de transfert thermique avec le composant électro- nique et un panneau métallique ( 31) en relation de trans- fert thermique entre ladite pièce de matière conductrice de chaleur et ledit dispositif de montage ( 47). 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ladite pièce ( 39, 40) de matière conduc- trice de la chaleur est un tampon. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ladite pièce ( 39, 40) de matière conduc- trice de la chaleur est une p'te. 6 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite tubulure ( 25) comporte plusieurs conduits ( 27) pour un fluide, qui y sont formés, et un 2526783 dispositif ( 16) pour relier lesdits conduits à une source ( 15)de fluide de refroidissement. 7 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit dispositif conducteur de la chaleur comporte un guide de carte ( 44) pour retenir le dispositif de montage et ledit dissipateur thermique ( 31) en relation de transfert thermique, et un support de carte ( 47) des- tiné à supporter ledit guide de carte en relation de transfert thermique avec ladite tubulure. 8 Dispositif de refroidissement pour un dis- positif de commande électronique de machine à former des articles de verre, le dispositif de commande électro- nique comportant au moins une carte de circuit sur la- quelle sont montés plusieurs composants électroniques, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un dissipa- teur thermique ( 31) en relation de transfert thermique entre la carte de circuit et les composants électroniques, un boîtier ( 22) qui enferme le dispositif de commande électronique, une tubulure ( 25) fixée sur ledit boîtier en relation de transfert thermique avec lui et destinée à transférer de l'énergie thermique hors du dispositif de commande électronique et un dispositif conducteur de la chaleur ( 44) en relation de transfert thermique entre ledit dissipateur thermique et ledit boîtier. 9 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ledit dissipateur thermique ( 31) est un panneau métallique en relation de transfert thermique avec chacun des composants électroniques. Dispositif selon la revendication 9, carac- té'isé en ce qu'il comporte en outre une pièce ( 30) de matière isolante de l'électricité positionnéeentre ledit panneau métallique et la carte de circuit. 11 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ledit dissipateur thermique comporte plusieurs pièces ( 39, 40) de matière conductrice de la chaleur, positionnées chacune entre l'un des composants électroniques et ledit dissipateur thermique. il 2526783 12 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dissipateur thermique ( 31) comporte au moins une pièce ( 39, 40) de matière conduc- trice de la chaleur en relation de transfert thermique avec l'un des composants électroniques et un panneau métallique en relation de transfert thermique entre la- dite pièce de matière conductrice de la chaleur et la carte de circuits. 13 Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite pièce ( 39, 40) de matière conductrice de la chaleur est un tampon, 14 Dispositif selon la revendication Il ou 12, caractérisé en ce que ladite pièce ( 39, 40) de la matière conductrice de la chaleur est unepâte. 15 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ladite tabulure ( 25) comporte plusieurs conduits ( 27) pour un fluide qui y sont formés et un dis- positif ( 16) pour relier lesdits conduits à une source ( 15) de fluide de refroidissement. 16 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ledit dispositif conducteur de la chaleur comporte un guide de carte ( 44) pour maintenir ledit dis- sipateur thermique ( 31) et la carte de circuits ( 29) en relation de transfert thermique, et un support de carte ( 47) pour supporter ledit guide de carte en relation de transfert thermique avec ledit boîtier 22. 17 Dispositif de refroidissement pour un dis- positif de commande électronique de machine à former des articles de verre comprenant au moins une carte de cir- cuits ( 29) sur laquelle sont montés plusieurs composants électroniques, dispositif caractérisé en ce qu'il com- porte un dissipateur thermique comprenant des pièces ( 39, 40) de matière conductrice de la chaleur et un pan- neau métallique ( 31) positionné entre la carte de circuits et les composants électroniques, chacune lesdites pièces de matière conductrices de la chaleur ayant une surface s' appuyant contre un composant électronique et ledit panneau 12 2526783 métallique ayant une surface en relation de transfert thermique avec les pièces conductrices de la chaleur, le dispositif de refroidissement comportant également un boîtier ( 22) enfermant la plaque de circuits et le- dit dissipateur thermique et comprenant une tubulure ( 25) et un dispositif ( 16) pour relier ladite tubulure à une source ( 15) de fluide de refroidissement et un dis- positif ( 44) conducteur de la chaleur en relation de transfert thermique entre ledit dissipateur thermique et ladite tubulure. 18 Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite pièce ( 39) 40) de matière conductrice de la chaleur est un tampon. 19 Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite pièce ( 39, 40) de matière conductrice de la chaleur est une pâte. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte une feuille ( 30) iso- lante de l'électricité positionnée entre ledit panneau métallique ( 31) et la carte de circuits( 29). 21 Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit panneau métallique ( 31) est réalisé en aluminium. 22 Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit dispositif conducteur de la chaleur comporte un guide de carte ( 44) pour maintenir la carte de circuits et ledit panneau métallique et un support de carte ( 47, 48) reliés entre ledit guide de carte et ledit boîtier.