Brevet FR2725658A1 — publié le 19960419

" Procédé de commande automatique du processus de fusion entre des articles en thermoplastique " DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un procédé de commande automatique du processus de fusion entre des articles en thermoplastique. Les raccords dénommés à électrofusion (ci-après référencés comme " raccords EF ") sont et ont été utilisés pour adjoindre de manière fixe des articles l'un à l'autre. Des exemples de ces articles constitués de résine thermo- plastique comprennent des conduites d'eau, des conduits de vidange et des tuyaux de gaz. Chacun des raccords EF com- porte un corps et, noyé dans ce corps, un fil de chauffage électrique, le corps étant une pièce constituée d'un ther- moplastique approprié. Un courant électrique sera fourni au fil de chauffage électrique pour chauffer et faire fondre en partie le raccord thermoplastique et les conduits de ma- nière qu'ils ne fassent qu'un l'un avec l'autre. ART ANTERIEUR Les dispositifs de commande pour électrofusion (ci-après dénommés " contrôleurs EF ") connus dans l'art antérieur comportent des agencements de commande adaptés pour alimenter le fil de chauffage électrique. Ces agence- ments qui correspondent à des types de raccord EF sont mé- morisés dans des dispositifs de mémoire dans les contrôleurs EF. L'agencement le plus adapté sera sélection- né pour le raccord EF à utiliser, dans le but de commander automatiquement la puissance électrique pour le processus de fusion. Toutefois, les caractéristiques électriques des raccords EF de diverses provenances diffèrent les unes des autres en ce qui concerne la résistance de leurs fils de chauffage (c'est-à-dire leurs résistances) et leurs coeffi- cients de température. Un contrôleur EF correspond à un seul type de joint EF, de sorte que les ouvriers de la plomberie doivent disposer d'un grand assortiment de con- trôleurs EF d'o une perte économique. RESUME DE L'INVENTION Un but de la présente invention est en conse- quence de procurer un procédé de commande automatique du processus de fusion pour tous les types et pour les modèles de chaque type de conduites et de raccords thermoplasti- ques. Le procédé ici prévu comporte les étapes sui- vantes: (1) alimenter une résistance par un courant électrique en réponse à un signal de départ indiquant le départ du processus de fusion, la résistance servant d'élément chauffant pour faire fondre ensemble des couches super- ficielles de résine thermoplastique disposées en face l'une l'autre et en proche contact, calculer les carac- téristiques électriques de la résistance lors de l'accroissement de la puissance électrique jusqu'à un niveau prédéterminé et calculer aussi la chaleur spéci- fique de la résine en dirigeant la commande de MARCHE- ARRET de la résistance; (2) augmenter ensuite par étapes la puissance électrique à des niveaux successifs basés sur les valeurs des carac- téristiques électriques et de la chaleur spécifique dé- jà mesurées à la première étape (1), de manière à détecter un coefficient de variation des caractéristi- ques électriques à chaque niveau, et détecter aussi un coefficient de variation de la chaleur spécifique à chaque niveau en continuant à diriger la commande de MARCHE-ARRET de la résistance; et (3) arrêter finalement l'augmentation de puissance élec- trique lorsque le coefficient de variation de la cha- leur spécifique mesuré à la deuxième étape (2) aura atteint ou sera devenu inférieur à une valeur pres- crite, tandis que la commande de MARCHE-ARRET est pour- suivie jusqu'à ce que la chaleur spécifique elle-même devienne égale ou inférieure à un niveau prescrit, de sorte que l'alimentation en puissance électrique soit arrêtée. La troisième étape (3) peut être modifiée de telle manière que l'alimentation de puissance électrique soit arrêtée après lécoulement d'un certain laps de temps après le début de la commande de MARCHE-ARRET de l'étape (3), ce laps de temps étant calculé en utilisant la valeur de la chaleur spécifique mesurée à la seconde étape (2). Selon la présente invention, un niveau optimal pour chauffer électriquement et mélanger partiellement les articles en résine sera déterminé sur la base des caracté- ristiques électriques des résistances et des propriétés physiques des résines qui sont simultanément en cours de mesure pendant le processus de fusion. Ainsi, des articles constitués de n'importe quelle résine comprise dans n'importe quel type peuvent être fusionnés ensemble avec succès et précision. DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modeos de réalisation représentées dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme de commande pour la commande automatique du processus de fusion pendant lequel des ar- ticles thermoplastiques sont fusionnés ensemble selon un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en perspective frontale, en élé- vation, d'un raccord EF et d'un contrôleur EF utilisés dans ce mode de réalisation, - la figure 3 est une section transversale de l'embout d'un joint EF, - la figure 4 est une section transversale d'un autre joint EF, - la figure 5 est une élévation frontale d'une bande fusi- ble, et -la figure 6 est une élévation frontale d'une autre bande fusible. LES MODES DE REALISATION PREFERES S15 Le raccord EF et le contrôleur EF représentés sur la figure 2 sont utilisés à titre d'exemple pour le procédé de commande automatique du processus de fusion d'articles thermoplastiques, et le processus est commandé conformément au diagramme de commande représenté sur la fi- gure 1. Le raccord EF en forme de T 1 comporte des embouts 3 dans lesquels les extrémités de conduites en résine ther- moplastique 2 doivent être adjointes de manière fixe. Une paire de plots d'extrémité 4 ressortent vers l'extérieur des surfaces d'extrémité de chaque embout. Le contrôleur EF, généralement repéré par la référence numérique 5, com- porte une unité de traitement centrale (CPU) utilisée pour la commande automatique du processus de fusion. Un câble de commande 7 s'étendant à partir du contrôleur EF comporte, à son extrémité, des connecteurs 6 à connecter aux plots d'extrémité 4. Un câble 8 partant du contrôleur EF comporte à son extrémité libre une fiche 8 destinée à être intro- duite dans une prise d'alimentation électrique. Le contrô- leur 5 comporte en outre un interrupteur de démarrage 10, un interrupteur d'arrêt 11 et un indicateur 12. Les conduites 2 peuvent être fixées dans les embouts respectifs 3. Chacun des embouts 3 du raccord EF 1 comporte une périphérie interne dans laquelle un fil de chauffage électrique indépendant 13 est noyé. Chaque fil de chauffage 13, qui constitue la résistance mentionnée précédemmnent, est composé d'un coeur recouvert par un revêtement constitué du même matériau thermoplastique que le matériau du raccord EF, tel que représenté sur la figure 3. Le fil de chauffage électrique 13 est replié pour avoir une extré- mité en forme de U et une paire de jambes qui s'étendent parallèlement. Le fil courbé 13 est embobiné autour et noyé dans la périphérie interne de l'embout 3 de manière que les extrémités libres des jambes soient fixées aux plots d'extrémité 4. Les deux connecteurs 6 du contrôleur EF 5 cor- respondent avec les plots d'extrémité respectifs 4. Pour la mise en oeuvre, la fiche 8 du contrô- leur EF 8 sera enfichée dans la prise d'alimentation, et les extrémités des conduites 2 seront insérées dans les em- bouts 3 du raccord EF 1. Après que les connecteurs 6 au- raient été connectés aux plots d'extrémité 4 dépassant des embouts 3, l'interrupteur de départ 10 sera activé pour initialiser la commande automatique du processus de fusion pour le raccord EF 1. Lorsqu'on appuie sur l'interrupteur de démar- rage 10, un signal de démarrage est donné à la CPU pour initialiser le processus de commande tel que représenté sur la figure 1. De manière détaillée, une puissance d'une cer- taine intensité initiale est alors fournie au fil de chauf- fage électrique 13 pour élever sa température à partir de la température ambiante Tl. La CPU continue à détecter la tension et le courant (c'est-à-dire l'intensité) et décomp- te le temps. Une première étape du procédé de commande auto- matique se déroule comme suit. Au point o la puissance électrique a atteint un niveau prédéterminé, le coefficient de variation de la résistance sera calculé comme les carac- téristiques électriques.Ensuite, la commande de MARCHE- ARRET du fil de chauffage sera poursuivie pour un temps dé- terminé, à intervalles réguliers, de manière que la chaleur spécifique de la résine présente soit déterminée par exem- ple par le calcul dénommé proportionnel-intégral- différentiel (ci-après PID). Le coefficient de résistance dépendant de la température du fil de chauffage, ainsi que la chaleur spécifique de la résine, seront estimés grossiè- rement à ce stade. L'opération de MARCHE-ARRET du fil de chauffage est effectué trois fois dans l'exemple représen- té, de sorte que la température du fil est élevée et abais- sée de manière répétitive entre T2 et T3 (plus exactement entre une température légèrement supérieure à T2 et une au- tre température légèrement inférieure à T3, du fait d'un certain retard dans le système). On verra sur la figure 1 qu'une telle manoeuvre de MARCHE-ARRET est débutée lorsque le fil 13 a atteint la température T2 laquelle est assez basse pour empêcher la résine de fondre. (Les symboles Pl, AI1, et AT1 - AT5 dénotent un pic de puissance électrique, une différence entre le pic et un creux, une période de temps entre chaque pic et le creux suivant). Une seconde étape du processus de commande au- tomatique se déroule comme suit. Ici, la puissance électri- que fournie au fil électrique de chauffage sera séquentiellement élevée par étapes à des niveaux succes- sifs, sur la base de la chaleur spécifique et du coeffi- cient de variation de la résistance qui ont été mesurés à la première étape. Pendant cette étape, le coefficient de variation de la résistance est en outre calculé pour chaque niveau. Le coefficient de variation de la chaleur spécifi- que sera aussi déterminé pour chaque niveau en commandant en outre des manoeuvres de MARCHE-ARRET du fil de chauf- fage. Les valeurs estimées grossièrement du coefficient de résistance du fil de chauffage dépendant de la température et de la chaleur spécifique de la résine obtenue à la pre- mière étape sont alors évaluées pour savoir si elles sont précises ou non. Si la réponse est non, alors ces valeurs peuvent être corrigées à cette étape. Les conditions de chauffage les plus appropriées seront déterminées pour la résine lors de cette étape. Dans l'exemple représenté, la puissance électrique est élevée quatre fois à des niveaux de plus en plus hauts, avec une manoeuvre de MARCHE-ARRET qui est effectuée à chacun des étages. De manière plus dé- taillée, la température du fil de chauffage 13 s'élève de T2 à T4, avant de s'abaisser ensuite jusqu'à T5. Alors la température est commandée pour s'élever à nouveau au-delà de T4 jusqu'à T6 avant de descendre temporairement jusqu'à T7. La température monte ensuite à partir de là jusqu'à T8 avant de redescendre jusqu'à T9, et remonte ensuite jusqu'à T10 puis descend jusqu'à Tll, avant de finalement converger jusqu'à la température cible T10. Le dernier étage, ici le quatrième étage dans cet exemple, est important pour la confirmation des condi- tions de chauffage les plus appropriées. Il peut exister des cas o un seul étage, c'est-à-dire le premier étage, est suffisant pour l'établissement d'une telle condition de chauffage la plus appropriée pour le processus de fusion, ou bien 5 étages ou plus sont nécessaires dans ce but. Il est tout à fait préférable de limiter par exemple à 10, le nombre maximum d'étages répétés L'alimentation électrique doit être arrêtée à la fin de l'étage final, c'est-à-dire le dixième étage, pour l'émission d'une alarme. De toute manière, l'accroissement intermittent, décrit ici, de l'alimentation électrique du fil de chauffage 13 doit être efficace pour protéger la résine d'un chauffage à une tem- pérature telle qu'elle provoquerait une détérioration ther- mique de la résine. (Les symboles P2 -P5, AI2 - AI4, et AT6 - AT8 représentent respectivement les différences de puissance électrique entre pics voisins, les différences entre chaque pic et le creux suivant, et les périodes de temps entre chaque creux adjacent). Une troisième étape de ce procédé se déroule comme suit: l'accroissement de l'alimentation électrique sera arrêté lorsque le coefficient de variation de la cha- leur spécifique (plus exactement son réciproque tout au long de cette description), mesuré pendant la seconde étape aura atteint ou deviendra plus petit qu'une valeur pres- crite. La commande de MARCHE-ARRET sera continuée jusqu'à ce que la chaleur spécifique elle-même devienne égale ou plus petite qu'un niveau prescrit, de manière que l'alimentation en courant électrique soit arrêtée. Dans l'exemple illustré, le coefficient de variation de chaleur spécifique deviendra plus petit que la valeur prescrite, lorsque l'accroissement d'alimentation en courant aura chauffé le fil 13 jusqu'à la température optimale T10. En- suite, l'accroissement de l'alimentation en courant sera arrêté et son opération de MARCHE-ARRET sera poursuivie pendant un moment pour maintenir la température du fil de chauffage 13 à son optimum T10. Pendant un telle opération de maintien à niveau, une puissance électrique différen- tielle observée sur un cycle de manoeuvre de MARCHE-ARRET sera graduellement diminuée, au fur et à mesure que la tem- pérature de la résine approchera la température du fil. Ce- ci signifie que la chaleur spécifique de la résine chauffée par le fil 13 diminue graduellement jusqu'à peu près 0 (zéro), en indiquant la fonte de la résine. La zone de sur- face nécessaire de l'article en résine sera fondue de cette manière, et l'alimentation en puissance sera coupée pour mettre fin au processus de fusion. La troisième étape peut être modifiée de telle manière que l'alimentation en courant électrique soit arrê- tée lorsqu'un laps de temps s'est écoulé après le début de la commande de MARCHE-ARRET, ce laps de temps étant calculé en utilisant la valeur de la chaleur spécifique mesurée à la seconde étape. la figure 4 est une coupe transversale du rac- cord EF la d'un autre type pour lequel le procédé est uti- lisable. Ce raccord la est en forme d'embout dans son intégralité, avec des extrémités opposées recevant les ex- trémités des conduites 2a à y rajouter. Un fil électrique de chauffage 13a, dans ce cas, est tel qu'à la fois les deux extrémités des conduites soient simultanément fondues pour ne faire qu'un avec ce raccord. Le fil électrique 13a est un fil nu noyé de manière hélicoïdale dans le raccord la, de manière plus lâche dans la région intermédiaire et de manière plus dense dans les régions d'extrémité. Des plots d'extrémité 4a sont reliés aux extrémités du fil 13a et dépassent sur le côté et vers l'extérieur du raccord la. Les connecteurs 6 du contrôleur EF 5 sont connectés de la même manière aux plots d'extrémité 4, et le courant élec- trique sera fourni de la même manière que dans l'exemple décrit précédemment. La figure 5 représente une bande fusible 14 constituée d'une résine thermoplastique. Cette bande est composée de couches de base frontale et arrière 15a et 15b, et deux fils électriques de chauffage 16 sont insérés en sandwich entre les deux. Les fils 16 sont disposés en méan- dre en travers de la bande et s'étendent sur toute sa lon- gueur. Lors de l'utilisation, une longueur appropriée sera détachée de la bande sans fin, et deux extrémités des fils 16 dépassant à une extrémité de la longueur détachée, se- ront connectées électriquement l'une à l'autre. Cette lon- gueur de bande détachée sera alors mise en contact ou autrement fixée à une partie d'un article thermoplastique ou à plusieurs parties destinées à être fusionnées ensem- ble. Les deux autres extrémités des fils 16, à l'autre ex- trémité de la longueur séparée, sont alors connectées au connecteur 6 du contrôleur EF 5, lequel sera ensuite activé pour la mise en oeuvre du processus de fusion.La bande 14 est utilisable pour la fusion de n'importe quels articles thermoplastiques ne comportant pas de fil de chauffage noyé, et est applicable à n'importe quelle forme de surface de ces articles. Lors d'une utilisation particulière qui vise à procurer une feuille imperméable et consolidée de grandes dimensions pour couvrir une fosse à ordures souter- raine, des feuilles unitaires de résine thermoplastique d'une largeur donnée peuvent être fusionnées ensemble le long de leurs côtés parallèles, au moyen de plusieurs lon- gueurs de cette bande 14. Cette large feuille sera efficace pour empêcher divers matériaux dangereux de s'introduire dans la terre. Même si la bande fusible 14 varie de manière notable en longueur du fait de variété en forme et en di- mension des feuilles utilisées, le procédé de commande au- tomatique prévu ici pourra fonctionner avec succès et precision. La figure 6 représente une autre bande fusible 14a. Cette bande comporte un tissu tricoté en fibres de carbone comme couche de base 17. Une paire de fils électri- ques 18 servant de cathode et d'anode sont fixés ou adhè- rent aux côtés longitudinaux de la couche de base. Aux extrémités des fils 18 sera connecté le connecteur 6 du contrôleur EF 5 pour chauffer la couche de base 17. Cette bande 14a peut aussi être utilisée de la même manière que la bande précédemment décrite 14, avec la couche de base devant être fondue. En résumé, la présente invention procure un procédé de commande automatique pour un processus de fusion dans lequel des conditions de fonctionnement optimum de- vront être établies pour un fil électrique de chauffage et de fusion partielle d'articles en résine, sur la base des caractéristiques électriques du fil et des propriétés phy- siques de la résine lesquelles sont mesurées simultanément pendant le processus de fusion. Ainsi les articles consti- 1! tués de n'importe quelle résine et de n'importe quel type peuvent être fusionnés ensemble avec succès et précision. Toute résistance additionnelle de valeurs ohmi- ques diverses, ayant été noyées dans les raccords EF de ma- nière à être préalablemment détectées pour connaître leur type, ne sont plus maintenant nécessaires avec le procédé proposé par la présente invention. Ainsi, les raccords EF peuvent maintenant être produits à meilleur marché, et les contrôleurs EF peuvent être d'une structure simplifiée ain- si que leurs connecteurs. En outre, l'inconvénient qui consistait en un jeu variable entre les raccords EF de l'art antérieur et les tuyaux, ce facteur de perturbation provoquant une fu- sion moins bonne, est maintenant éliminé puisque la chaleur spécifique de la résine est mesurée pendant le processus de fusion, de sorte qu'aucun jeu ou jour n'affectera plus ja- mais de manière défavorable le processus selon un mode im- prévisible. R E V E N D I C A T I ONS 1) Procédé de commande automatique du processus de fusion entre des articles en thermoplastique comportant les étapes suivantes: (1) alimenter une résistance par un courant électrique en réponse à un signal de départ indiquant le départ du processus de fusion, la résistance servant d'élément chauffant pour faire fondre ensemble des couches super- ficielles de résine thermoplastique disposées en face l'une l'autre et en proche contact, calculer les carac- téristiques électriques de la résistance lors de l'accroissement de la puissance électrique jusqu'à un niveau prédéterminé et calculer aussi la chaleur spéci- fique de la résine en dirigeant la commande de MARCHE- ARRET de la résistance; (2) augmenter ensuite par étapes la puissance électrique à des niveaux successifs basés sur les valeurs des carac- téristiques électriques et de la chaleur spécifique dé- jà mesurées à la première étape (1), de manière à détecter un coefficient de variation des caractéristi- ques électriques à chaque niveau, et détecter aussi un coefficient de variation de la chaleur spécifique à chaque niveau en continuant à diriger la commande de MARCHE-ARRET de la résistance; et (3) arrêter finalement l'augmentation de puissance élec- trique lorsque le coefficient de variation de la cha- leur spécifique mesuré à la deuxième étape (2) aura atteint ou sera devenu inférieur à une valeur pres- crite, tandis que la commande de MARCHE-ARRET est pour- suivie jusqu'à ce que la chaleur spécifique elle-même devienne égale ou inférieure à un niveau prescrit, de sorte que l'alimentation en puissance électrique est arrêtée. 2) Procédé de commande automatique du processus de fusion entre des articles en thermoplastique comportant les étapes suivantes: (1) alimenter une résistance par un courant électrique en réponse à un signal de départ indiquant le départ du processus de fusion, la résistance servant d'élément chauffant pour faire fondre ensemble des couches super- ficielles de résine thermoplastique disposées en face l'une l'autre et en proche contact, calculer les carac- téristiques électriques de la résistance lors de l'accroissement de la puissance électrique jusqu'à un niveau prédéterminé et calculer aussi la chaleur spéci- fique de la résine en dirigeant la commande de MARCHE- ARRET de la résistance; (2) augmenter ensuite par étapes la puissance électrique à des niveaux successifs basés sur les valeurs des carac- téristiques électriques et de la chaleur spécifique dé- jà mesurées à la première étape (1), de manière à détecter un coefficient de variation des caractéristi- ques électriques à chaque niveau, et détecter aussi un coefficient de variation de la chaleur spécifique à chaque niveau en continuant à diriger la commande de MARCHE-ARRET de la résistance; et (3) arrêter finalement l'augmentation de puissance élec- trique lorsque le coefficient de variation de la cha- leur spécifique mesuré à la deuxième étape (2) aura atteint ou sera devenu inférieur à une valeur pres- crite, tandis que la commande de MARCHE-ARRET est pour- suivie jusqu'à l'expiration d'un certain laps de temps après le début de la commande de MARCHE-ARRET de l'étape (3) de manière que l'alimentation de puissance électrique est arrêtée, ce laps de temps étant calculé en utilisant la valeur de la chaleur spécifique mesurée à la seconde étape (2).