Brevet FR2728190A1 — publié le 19960621

L'invention concerne un dispositif de fusion de granules pour un matériau thermoplastique, comprenant un réservoir qui présente des parois latérales sensiblement verticales, une ouverture de chargement supérieure destinée au chargement des granules, et une ouverture d'écoulement inférieure pour le soutirage du matériau fluidifié, le dispositif comprenant également au moins une unité de chauffage, qui, en hauteur, est disposée entre l'ouverture de chargement et l'ouverture d'écoulement, et qui sert à amener le matériau thermoplastique à un état visqueux, le dispositif comprenant finalement une unité de refroidissement, qui, en hauteur, est disposée entre l'ouverture de chargement et ladite au moins une unité de chauffage. D'un façon générale, des dispositifs de ce type sont connus. Il sont utilisés pour réaliser la fusion de matériaux thermoplastiques, qui sont usuellement fournis sous forme de granules, sur le marché, et qui, pour leur transformation, par exemple en corps moulés ou en feuilles ou bien encore en matériau de colle fusible, doivent être amenés dans l'état liquide fondu, à des températures situées nettement au- dessus de la température ambiante. Ces dispositifs comprennent usuellement, en- dehors des parties constitutives citées, une pompe de refoulement, notamment une pompe à engrenages, bridée directement à l'ouverture d'écoulement, et le cas échéant, un filtre en aval de cette pompe, de sorte que ces dispositifs peuvent alimenter indépendamment la machine de transformation appropriée, avec la quantité nécessaire de matériau thermoplastique fluidifié. La pression à la sortie de la pompe ou à la sortie du filtre est dans ce cas, le plus souvent, relevée par un capteur de pression, en vue de réguler la puissance de la pompe à une pression de refoulement constante. Usuellement, le dispositif de fusion, constitué, dans un sens plus restreint, par le réservoir comportant les dispositifs de chauffage et l'ensemble de pompe et de filtre, est, en plus entouré globalement par un carter isolant destiné à éviter les pertes thermiques. Dans ce cas, le carter isolant, et plus particulièrement l'ouverture de chargement du réservoir peuvent en supplément être recouvert par un couvercle étanche à la chaleur. La puissance de chauffe de la première unité de chauffage et de la seconde unité de chauffage est réglée, dans le cas des dispositifs connus, de façon à ce que pour des conditions de fonctionnement usuelles, il s'établisse un état quasi stationnaire d'une manière telle, que dans la zone supérieure du réservoir il se forme une zone de chargement et de préchauffage dans laquelle les granules sont déjà préchauffées, mais restent toutefois dans un état de vrac, qu'en-dessous de cette zone se forme une zone de pré-fusion dans laquelle le matériau thermoplastique se transforme en un bain visqueux, et que dans une zone située encore en-dessous, qui débute environ au niveau de ladite au moins une unité de chauffage, il se forme une zone de fusion principale, dans laquelle le matériau thermoplastique prend la température souhaitée pour son utilisation, et ainsi la viscosité souhaitée. L'inconvénient des dispositifs de ce type réside dans le fait que lors d'une diminution de la quantité soutirée, c'est à dire la quantité consommée, l'état quasi-stationnaire cité plus haut quitte l'état d'équilibre, parce qu'une quantité déterminée de chaleur continue à être fournie aux dispositifs de chauffage, ou même si l'on réduit la quantité de chaleur amenée, la chaleur latente des dispositifs de chauffage conduit à un échauffement excessif du matériau thermoplastique ne s'écoulant plus que lentement ou ne s'écoulant plus du tout. Cela a pour conséquence le déplacement vers le haut de la limite entre la zone de chargement et de préchauffage et la zone de pré-fusion, c'est à dire que le matériau thermoplastique fond jusque vers le haut. Cela n'est absolument pas souhaitable parce qu'il y a risque d'oxydation du matériau thermoplastique, au contact de l'air, ce qui rend ce matériau impropre à l'utilisation ultérieure. Le processus de fusion et de transformation doit être interrompu et le matériau devenu impropre à l'utilisation doit être éliminé par la mise en oeuvre de moyens importants, conduisant pratiquement à la perte d'un contenu de réservoir complet de matériau thermoplastique. Plus grave encore est l'interruption du processus de production considéré, ainsi occasionnée. Le document DE 88 06 521 Ul divulgue un dispositif du type de celui cité en introduction, dans lequel une unité de refroidissement de forme annulaire est agencée à la manière d'un anneau autour du réservoir, au-dessus de l'unique unité de chauffage. Ce réservoir est d'une configuration cylindrique circulaire et relativement étroit, en constituant une partie d'un ensemble d'extrusion ou d'une unité de refoulement à piston. Cet agencement conduit à un gradient de température radial dans la zone de l'unité de refroidissement, ce qui a pour conséquence une fusion des granules vers le haut, au travers de la zone centrale du réservoir, dans le cas d'un refroidissement approprié dans la zone périphérique. Cela rend le dispositif inadapté, notamment dans le cas du passage à des diamètres de réservoir plus grands. A partir de là, le but de l'invention consiste à améliorer un dispositif du type de celui mentionné en introduction, de manière à ce que même pour des quantités de soutirage très variables, c'est à dire des quantités consommées variables de la machine de transformation située en aval, et les quantités de chaleur importantes qui y sont liées et qui doivent être amenées et évacuées dans l'unité de refroidissement, il soit possible de conserver l'état quasi stationnaire dans le réservoir, quant aux températures des zones d'état individuelles, à savoir quant à la courbe de température en fonction de la hauteur du réservoir, notamment également dans le cas de grandes sections transversales du réservoir. Conformément à l'invention, ce but est atteint pour un dispositif du type de celui mentionné en introduction, grâce au fait que l'unité de refroidissement est disposée horizontalement dans le réservoir, et comprend des éléments de refroidissement, qui sont répartis sur la section transversale du réservoir, et au travers desquels s'écoule un agent de refroidissement fluide. Selon une configuration préférée de l'invention, un agent de refroidissement liquide s'écoule au travers de l'unité de refroidissement. Il est ainsi possible, lors d'une diminution brutale de la quantité soutirée, d'empêcher une accumulation de chaleur et la fusion vers le haut, grâce au fait que la chaleur fournie, temporairement excessive par rapport à la quantité débitée réduite, peut être évacuée sans problème par l'unité de refroidissement, de sorte que le matériau thermoplastique reste malgré tout sous forme de granules dans la zone supérieure de chargement et de préchauffage, tout en éliminant le risque d'oxydation. Il est naturellement rationnel et préférable de ramener ensuite, le plus rapidement possible, la production de chaleur des unités de chauffage à la valeur correspondant aux besoins effectifs, de manière à pouvoir également réduire à nouveau la puissance de refroidissement de l'unité de refroidissement. Selon une configuration préférée, les puissances, c'est à dire la puissance de chauffe des unités de chauffage et la puissance de refroidissement de l'unité de refroidissement peuvent être régulées de manière indépendante. Dans ce cas, il est notamment préférable de monter en association directe à chacune des unités citées, une sonde de température, déterminante pour la régulation de puissance de l'unité correspondante, de manière telle que par l'intermédiaire de la variation des puissances considérées, il soit possible de commander de manière la plus précise possible, un profil de température en fonction de la hauteur. Pour éviter des influences parasites par la conduction de chaleur dans les parois de réservoir, du bas vers le haut, celles-ci sont de préférence réalisées en acier, de manière à obtenir un meilleur comportement par rapport à des dispositifs connus jusqu'à présent, dont les parois de réservoir sont en aluminium. Une amélioration supplémentaire est possible dans cette optique, en ce sens que, par exemple, on utilise des parois de réservoir que ne présentent qu'une mince garniture intérieure en tôle d'acier, tandis que la structure de support est formée par un matériau mauvais conducteur de la chaleur, c'est à dire un matériau thermiquement isolant. Il est ainsi possible, le cas échéant, de renoncer à l'isolation thermique supplémentaire de l'ensemble de l'agencement. En vue de permettre un écoulement vertical, non entravé, du matériau dans le réservoir, tout en garantissant simultanément une surface d'échange de chaleur la plus grande possible, l'unité de refroidissement et les unités de chauffage sont généralement réalisées en tant que plaques d'orientation verticale, qui sont disposées parallèlement les unes par rapport aux autres, et qui sont réparties de manière régulière sur la section transversale du réservoir, pour ne pas autoriser d'espaces morts thermiques. Ainsi, selon une configuration particulière de l'invention, l'unité de refroidissement comprend des corps à ailettes comportant des ailettes d'orientation verticale et s'étendant parallèlement les unes aux autres. Une première unité de chauffage est toutefois, de préférence, réalisée sous forme d'éléments en plaques appliquées en surface sur les parois de réservoir, notamment des plaques de mica chauffantes. Ainsi, conformément à une configuration de l'invention, une unité de chauffage est disposée sous l'unité de refroidissement, à l'extérieur et en surface sur les parois de réservoir. Selon un mode de construction favorable, l'unité de refroidissement tout comme une seconde unité de chauffage sont montées de manière à pouvoir être insérées par coulissement, de l'extérieur, au travers d'une première paroi de réservoir, et sont conçues de façon à venir s'appuyer sur des supports d'appui d'une seconde paroi de réservoir opposée, ou fixés sur une autre paroi de réservoir. De ce fait ces unités peuvent être aisément démontées dans la cadre de leur entretien ou d'une réparation. Cela permet notamment de réaliser un nettoyage du réservoir, pouvant être rendu nécessaire après des arrêts de fonctionnement. Au moins une unité de chauffage supplémentaire peut être disposée à proximité de l'ouverture d'écoulement. Elle sert à amener le matériau thermoplastique dans l'état totalement liquide. Une unité de chauffage supplémentaire peut être montée directement sur le fond du réservoir, ce fond étant incliné en pente descendante vers l'ouverture d'écoulement. Dans les plaques des unités de refroidissement s'écoule, de préférence de manière réglable, un agent de refroidissement liquide, notamment de l'eau, ou bien de l'air froid. Les plaques chauffantes des unités de chauffage supplémentaires se présentent de préférence sous la forme de plaques chauffantes en acier équipées de cartouches de chauffe. Dans la suite va être décrit un exemple de réalisation préféré de l'invention, au regard du dessin annexé. La figure unique montre un dispositif conforme à l'invention, en coupe verticale. Dans un carter 1 isolé sur le plan thermique, comportant une plaque de base 2, des parois 3 isolantes sur le plan thermique, et un élément de réception de couvercle 4 sur lequel peut être déposé un couvercle 5, est disposé, pris dans un sens restreint, un dispositif de fusion 6. Le dispositif de fusion 6 comprend en tant que parties constitutives essentielles, un réservoir 7, une pompe de refoulement 8 et une unité à filtre 9. Le réservoir 7 possède une ouverture de chargement supérieure 10 et des parois sensiblement verticales. A l'extérieur sur le réservoir 7, sont appliquées des plaques de mica chauffantes, qui forment une première unité de chauffage 11. A une certaine distance en hauteur de l'ouverture de chargement 10, on reconnaît une unité de refroidissement 12, qui peut être montée au travers d'une première paroi latérale 13, et qui s'appuie sur la paroi latérale 14 opposée, sur un support d'appui 15. L'unité de refroidissement comprend de préférence des ailettes individuelles, qui sont réparties de manière régulière et à distance les unes des autres, sur toute la profondeur du réservoir dans la direction d'insertion de l'unité. A une certaine distance en hauteur de l'unité de refroidissement 12 et en-dessous la première unité de chauffage 11, est prévue une seconde unité de chauffage 16, qui peut à nouveau être montée au travers de la première paroi latérale 13, et est supportée sur une partie de paroi oblique 17 du réservoir, par l'intermédiaire d'un support d'appui 18. La seconde unité de chauffage 16 comprend de préférence des ailettes individuelles en aluminium, qui sont réparties de manière régulière, à distance les unes des autres, sur toute la profondeur du réservoir dans la direction d'insertion de l'unité, et est équipée de cartouches de chauffe non représentées. Plus loin en-dessous de la seconde unité de chauffe, est visible, directement sur le fond 19 du réservoir, une unité de chauffage 20 supplémentaire, qui est constituée de corps à ailettes individuels en acier, répartis sur la profondeur du réservoir dans la direction de l'étendue de l'unité de chauffage considérée. Celle-ci est de préférence à nouveau équipée de cartouches de chauffe non représentées. Le fond 19 est incliné en direction d'une ouverture d'écoulement 21. A celle-ci est raccordée une pompe à engrenages 22, par sa conduite d'aspiration 23. La pompe 22 est entraînée par un moteur 24, par l'intermédiaire d'une transmission à renvoi d'angle 25. Le dispositif de fusion 6 est supporté par la plaque de base 2, par l'intermédiaire d'un agencement de support d'appui 26. La conduite de refoulement 27 de la pompe 22 est reliée à l'unité à filtre 9, dont l'ouverture de sortie 28 débouche sur le côté extérieur du carter 1. Directement sur l'unité à filtre est disposé un capteur de pression 29. Le carter 1 peut être déplacé sur des roulettes 30. Les remplissages de surface différents sur la figure, laissent entrevoir des zones étagées les unes par rapport aux autres en hauteur, dans le réservoir, qui caractérisent des zones de température et d'état du matériau thermoplastique. Dans la pratique, les transitions d'une zone à l'autre ne sont pas si nettes, voire totalement progressives. Les zones suivantes sont représentées: A - Zone de chargement et de préchauffage/ refroidissement (état granulaire; température C - 160'C); d - Zone de fusion principale (matériau totalement liquide en qualité apte à la transformation, température C - 230 C). Des sondes de température réparties sur la hauteur du réservoir 7 ne sont pas représentées dans le détail, mais sont toutefois essentielles pour le mode d'action et le fonctionnement; de préférence, une sonde5 de température est prévue pour chacune des trois unités de chauffage 11, 16, 20 et pour l'unité de refroidissement 12, pour en permettre la régulation indépendante. il REVENDICATIONS. 1. Dispositif de fusion de granules (6) pour un matériau thermoplastique, comprenant un réservoir (7) qui présente des parois latérales (13, 14) sensiblement verticales, une ouverture de chargement supérieure (10) destinée au chargement des granules, et une ouverture d'écoulement inférieure (21) pour le soutirage du matériau fluidifié, le dispositif comprenant également au moins une unité de chauffage (11, 16), qui, en hauteur, est disposée entre l'ouverture de chargement (10) et l'ouverture d'écoulement (21), et qui sert à amener le matériau thermoplastique à un état visqueux, le dispositif comprenant finalement une unité de refroidissement (12), qui, en hauteur, est disposée entre l'ouverture de chargement (10) et ladite au moins une unité de chauffage (11), caractérisé en ce que l'unité de refroidissement (12) est disposée horizontalement dans le réservoir (7), et comprend des éléments de refroidissement, qui sont répartis sur la section transversale du réservoir (7), et au travers desquels s'écoule un agent de refroidissement fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un agent de refroidissement liquide s'écoule au travers de l'unité de refroidissement (12). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'unité de refroidissement (12) comprend des corps à ailettes comportant des ailettes d'orientation verticale et s'étendant parallèlement les unes aux autres. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'unité de refroidissement (12) est montée de manière à pouvoir être insérée par coulissement, de l'extérieur, au travers d'une première paroi de réservoir (13), et est conçue de façon à venir s'appuyer sur des supports d'appui (15) d'une seconde paroi de réservoir (14) opposée. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite une unité de chauffage (11) est disposée sous l'unité de refroidissement (12), à l'extérieur et en surface sur les parois de réservoir (13, 14). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une seconde unité de chauffage (16) est montée de manière à pouvoir être insérée par coulissement, de l'extérieur, au travers d'une première paroi de réservoir (13), et est conçue de façon à venir s'appuyer sur des supports d'appui (18) fixés sur une autre paroi de réservoir (17). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par au moins une unité de chauffage supplémentaire (20), qui est disposée à proximité de l'ouverture d'écoulement (21), et qui sert à amener le matériau thermoplastique dans l'état totalement liquide. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une unité de chauffage supplémentaire (20) est montée sur le fond (19) du réservoir (7). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le fond (19) du réservoir (7) est incliné en pente descendante vers l'ouverture d'écoulement (21). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les parois (13, 14) du réservoir (7) sont réalisées en acier.