Brevet FR2736860A1 — publié le 19970124

MACHINE DE ROTOMOULAGE A CHAUFFAGE ELECTRIQUE La présente invention a pour objet une machine de rotomoulage. Le moulage par rotation, ou rotomoulage,est un procédé de transformation des matières plastiques, relativement peu répandu, qui ne représente en volume que quelques pourcent de l'injection ou de 'extrusion, et qui a démarré vers les années 50. Dans son principe, l'on exploite la simple pesanteur qui s'applique à de la poudre de plastique contenue dans un moule, lequel est entraîné en rotation lente selon deux axes orthogonaux (rotations primaire et secondaire) et chauffé à sa périphérie; par son poids, la poudre thermoplastique retombe constamment en partie basse du moule et adhère progressivement à sa surface inteme en se ramollissant. A l'issue du chauffage, Ion procède au refroidissement de durée à peu prés égale (souvent à un autre poste) puis au démoulage Les moules sont au moins en deux parties pour permettre l'extraction de la pièce; ils sont généralement réalisés de chaudronnerie en tôle d'acier ou d'alliage d'aluminium, ou, coulés en alliage d'aluminium. En principe, tous les thermoplastiques sont rotomoulables mais le polyéthylène représente près de 90 % des produits rotomoulés. Le rotomoulage convient surtout 9 la fabrication de corps creux sans soudure, et s'applique 9 des petites et moyennes séries de pièces d'assez grand volume étant donné le faible coût relatif des moules mais la durée relativement longue du cycle. Les machines différent principalement par le mode de chauffage, le plus souvent à base de gaz naturel peu coûteux. Les machines les plus diffusées actuellement, les carrousels, comportent un manège à trois ou quatre bras, à l'extrémité desquels les moules sont entraînés dans leur double rotation par deux arbres concentriques. La rotation du carrousel,respectivement d'un tiers ou d'un quart de tour, amène les bras successivement dans un four, dans une ou deux enceintes de refroidissement, puis au poste de démoulage et ainsi de suite (cf. par exemple les brevets F 12 01648101479666 lUS 3, 829, 272 / F 79 13479). Dans le four, les gaz chauds sont projetés à grande vitesse en direction des moules afin de pallier leur faible surface d'échange thermique. Mais il existe également de nombreuses machines dites "rock and roll" pourvues d'une rotation primaire partielle, laquelle permet, par une simple tuyauterie flexible, l'alimentation d'une rampe a gaz autour du moule et son chauffage direct a la flamme. Ces machines peu couteuses sont plus spécialement destinées à la réalisation de pièces allongées, par exemple des kayaks, qui ne comportent pas de fonds très étendus, pour lesquels la répartition de la poudre pourrait poser problème. D'autres machines à four existent, dans lequelles par exemple, deux chariots portant les moules en double rotation, sont introduits altemativement dans le four (machines va-et-vient), le refroidissement s'effectuant à deux postes de démoulage situés de part et d'autre du four; autre solution, le four lui-même est "rock and roll", ou encore les chariots porte-moules assurent le basculement "rock and roll" à l'intérieur d'un four fixe, mais plus haut. Dans tous les cas, ces machines à gaz présentent de nombreux défauts au regard des pièces réalisées.Ainsi,n'y- a t'il pas moyen de contrôleur le chauffage en un point du moule, par exemple pour y transférer plus de chaleur afin de pallier une surépaisseur locale du moule ou déposer davantage de plastique. Tout au contraire, suivant la disposition des moules, certaines faces seront plus ou moins exposées au flux de gaz ou à la flamme.Certes, des palliatifs existent consistant par exemple à préchauffer certaines parties du moule au poste de démoulage, mais les résultats restent limités et empiriques.S'ajoute une faible maîtrise du chauffage en général qui affecte la précision et la reproductibité des pièces.Il faut déplorer également le manque de flexibilité pour réaliser en même temps des pièces d'épaisseur différente ou dont les durées de chauffage ou de refroidissement différent notablement. Ces machines entraînent en outre d'autres inconvénients concemant l'environnement: pollution de l'atelier par les gaz chauds du four, en particulier lors de l'ouverture du four pour évacuer les moules et, pollution de l'atmosphère étant donné le faible rendement thermique; en effet, le four rejette en permanence des gaz chauds à l'atmosphère au prorata des gaz introduits par les brûleurs. L'on peut penser que des procédés aussi polluants seront pénalisés dans l'avenir.En outre,ces machines à four comportent de longs bras en porte-à-faux qui sont fragilisés par des chaudslfroids successifs.D'autre part, leur encombrement au sol est important.Quant aux moules,ils sont encrassés par les résidus de combustion et agressés par les gaz brûlants ou la flamme. Quelques rares machines électriques existent comme par exemple, le brevet F 84 05605 d'une machine à chauffage infrarouge. Cette dernière n'a pas les inconvénients cités plus haut, mais le refroidissement s'opérant dans la machine, en partie tout au moins, le cycle se trouve allongé. D'autre part, I'encombrement au sol reste important. Mention doit être faite également du brevet F 1.403.000 relatif à une machine du genre "rock and roll" dont le chauffage est réalisé par des chemises chauffantes électriques entourant des moules minces en aluminium sur toute leur surface et qui est pourvue des moyens appropriés pour amener l'électricité aux moules. Enfin, il faut citer parmi les toutes premières machines développées, celles qui utilisaient des moules à deux parois entre lesquelles circulait un fluide caloporteur tantôt chaud, tantôt froid (brevet F 74 12687 et US I 424 831 par ex.). La complexité de ces moules a fait tomber ce procédé en désuétude. Pour la petite histoire, il faut observer qu'à l'exception du rotomoulage, tous les procédés de transformation des plastiques (injection, extrusion, soufflage, thermoformage, etc.) utilisent l'électricité pour le chauffage, énergie propre et docile avec laquelle le plastique se marie parfaitement. L'objet de l'invention est une machine de rotomoulage comportant des éléments de chauffage électriques intégrés dans la paroi du moule, donc très performante sur le plan thermique et non polluante, simple, flexible, robuste et de grande capacité quoique peu encombrante et peu coûteuse. L'invention consiste à chauffer dans leur masse un ou plusieurs moules, au moyen de conducteurs chauffants implantés dans des gorges formées entre des nervures desdits moules,lesquels sont fixés sur les plateaux en rotation secondaire de bras en forme d'équerre,eux-mêmes repris par un autre plateau en rotation primaire porté par un bâti fixe, lesdits bras pouvant se monter sur ce plateau, soit dos à dos pour entraîner chacun un jeu de moules, soit face à face pour supporter entr'eux un seul jeu de plus longs moules. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple, à l'appui des dessins ci- annexés où: -la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un moule équipant la machine selon l'invention, -la figure 2 est une vue de côté de la machine selon l'invention, comportant des coupes partielles, -la figure 3 est une vue de face de la machine selon l'invention. La description de l'invention commence par celle du moule qui fait partie intégrante de l'invention. Sur la fig. 1, le moule 1 est en alliage d'aluminium, de préférence coulé et comporte sur toute sa périphérie, à intervalles réguliers, des gorges en Vé formées entre les parois 2/3 de couples de nervures 415. Le conducteur chauffant blindé 6 est applique sur le fond 7 de ces gorges par la clavette 8 formant coin, celle-ci étant à son tour maintenue en rabattant de place en place la crête 9 des nervures comme représenté en 10.La chaleur dégagée par l'élément chauffant 6 diffuse aisément dans le moule 1, selon les flèches, étant donné la section évolutive des nervures 2/3 entre leurs faces respectives 2/11, 3112. Les gorges formées entre les nervures sont suffisamment rapprochées (environ 10 cm) pour limiter à quelques degrés l'écart de température dans le moule, ce qui est sans inconvénient et en tous cas bien inférieur aux écarts de température induits par les autres procédés. La distance entre les gorges peut être localement réduite, ou l'élément chauffant choisi plus puissant, lorsque l'on désire chauffer davantage, par exemple, à proximité des brides du moule. L'on observera que le conducteur blindé peut être cintré sur un rayon très faible de l'ordure du centimètre pour accompagner la gorge dans les angles généralement arrondis du moule. Au besoin, d'autres types de résistances électriques chauffantes peuvent être utilisées, par exemple plates, en forme de collier, etc., pour renforcer le chauffage du moule à certains endroits, par exemple au fond de cavités. D'une manière générale, la puissance de chauffe sera appropriée à l'épaisseur du moule et å celle de la pièce à réaliser que l'on connaît par avance: les calculs correspondants peuvent être établis une fois pour toutes et les corrections éventuelles apportées en allongeant ou en réduisant le temps de chauffage. Le moule étant nécessairement en plusieurs parties, souvent deux, les éléments chauffants seront regroupés électriquement sur chaque partie du moule avant d'être connectés à la partie du moule fixée sur la machine, par l'intermédiaire, par exemple, d'un connecteur automatiquement débroché lors de l'enlèvement de la partie mobile, de sorte que les opérations de démoulage puissent se faire comme à l'ordinaire. L'on observera que la capacité thermique du moule se trouve accrue par les nervures 4 15, les clavettes 8 et les conducteurs blindés 6 nécessitant un besoin de chaleur supplémentaire; mais, l'efficacité élevée du chauffage dans la masse du moule, compense largement cet inconvénient. Par tailleurs, la déperdition de chaleur du moule, par convection naturelle et par rayonnement, relativement faible aux temperatures de rotomoulage (200 à 300"C), implique également que l'on puisse atteindre des températures beaucoup plus élevées de rotomoulage sans contraindre la machine ou l'environnement. A noter enfin que les nervures 4/5 participent également au bon refroidissement du moule, dont elles étendent la surface d'échange: ce transfert thermique plus important compense le surcroît de chaleur emmagasinée dans le système nervures 4/5 -conducteur blindé 6 clavette 8, de sorte que la durée de refroidissement est pratiquement celle d'un moule traditionnel. On se reporte maintenant à la fig. 2 et qui représente une machine selon l'invention, d'une très grande simplicité. Une telle machine comporte un bâti fixe vertical 50 solidement ancré au sol, lequel supporte une tête de rotation primaire 51 avec son roulement 52, son moyeu dentelé 53, sa motorisation 54 et ses collecteurs électriques, de puissance 55 et de commande 56, protégés par un capot 57. Deux bras en forme d'équerre 58/59 identiques sont rapportés dans une mortaise 60 du moyeu 53. A leur extrémité, ils portent chacun une tête de rotation secondaire 61/62 comportant également un roulement 63/64, un moyeu dentelé 65/66, une motorisation 67/68, un collecteur électrique de puissance 69/70 et un plateau support de moule 71/72, portant chacun, à titre d'exemple, un seul moule 1. L'on observera que les plateaux 71/72 sont relativement indépendants, leurs rotations secondaires 61/62 pouvant s'opérer à des vitesses différentes tandis que leurs alimentations électriques distinctes autorisent des programmations spécifiques. A l'extrémité des bras, des brides 75176 permettent de solidariser les bras, par exemple par des boulons 77, de manière à réduire, sinon supprimer, le travail en torsion des bras. Les masses des moules 1 supportés par les plateaux 71/72 pouvant être différentes, des contre-poids 78/79 coulissant à l'intérieur0 des bras 58/59 sont prévus pour les équilibrer. Ils sont mus chacun par une vis 80 /81 entraînée en rotation par un carré encastré à chaque extrémité 82183 (les carrés 84/85 sont en l'occurrence inaccessibles), au moyen d'une manivelle amovible non représentée. La vis assure l'irréversibilité du mouvement. Enfin, le bâti vertical 50 est rehaussé d'une potence 86 toumant manuellement autour de l'axe vertical 87 de la couronne d'orientation 88, laquelle potence comporte un rail horizontal 89 sous lequel est déplace le palan 90. Cette potence a un triple emploi : monter les moules sur la machine ou les déposer, lors du démoulage lever les parties amovibles des moules qu'on ne peut porter à la main,enfin déposer les bras 58 159 pour les monter selon la fig. 3 et inversement. Sur cette fig. 3 qui présente la machine vue de face, les bras 58/59 ont été montés face à face et non plus dos à dos comme sur la fig. 2. De la sorte, la machine peut accueillir un moule plus long 1 entre les plateaux 71/72 dont les motorisations 67/68 doivent alors être commandées à même vitesse. Selon cette disposition, les bras sont sollicités en torsion mais pour seulement la moitié de la charge. A noter que la fixation du moule entre les plateaux doit, comme de coutume, s'accommoder de ses inévitables dilatations. Les masses d'équilibrage sont déplacées en toumant cette fois les carrés 84185 orientés cette fois vers l'extérieur. Pour ne pas surcharger les fig. 2 et 3, les liaisons électriques n'ont pas été représentées, notamment celles entre le collecteur de rotation primaire 55 et les collecteurs de rotation secondaire 69/70 (ces liaisons doivent s'accommoder de l'inversion des bras), ou celles entre ces mêmes collecteurs secondaires 69/70 et les prises de branchement des moules situées par exemple à la périphérie des plateaux 71/72. De même n'a-ton pas représenté la visserie de fixation. L'on remarquera que l'encombrement admissible des moules sur ce type de machine est cylindrique, et non plus sphérique comme sur les carrousels dont les moules en double rotation circonscrivent une sphère à l'intérieur du four; il en résulte donc un volume plus grand et aussi plus utilisable au regard des pièces à rotomouler généralement cylindriques ou irD3 parallélipipédiques: à la sphère de diamètre D et de volume 6 d'un carrousel, il peut 6 facilement correspondre, selon l'invention, deux cylindres carrés de même diamètre D et de irD3 volume total 2 s soit un volume trois fois plus grand. 2 Bien sûr, le cycle est 2 à 3 fois plus long qu'un carrousel à trois postes, puisqu'il faut chauffer, refroidir et démouler successivement sur la machine monoposte selon l'invention, mais l'emprise au sol et le coût réduits de ces machines étant, I'on peut avantageusement les multiplier pour une production plus spécialisée, plus flexible et en définitive plus rationnelle. Enfin, cette machine "tout à l'air' permet de visualiser en permanence le processus et d'intervenir aisément en cours de cycle, notamment pour un chargement additionnel de poudre. Bien entendu, le même procédé décrit ci-avant peut s'appliquer à d'autres types de machines multibras, en rotation, en translation, en circuîauon fermée (navettes) etc., le chauffage pouvant s'effectuer à tout moment pendant le déplacement, tandis que le refroidissement et le démoulage auraient lieu probablement à des endroits précis. REVENDICATIONS 1. Machine de rotomoulage comportant des bras (58/59) montés à rotation sur un bâti (50) autour d'un axe sensiblement horizontal (51), lesquels bras comportent des moyens pour recevoir et entraîner en rotation un ou plusieurs moules (1) autour d'axes (61/62) sensiblement orthogonaux à l'axe (51) et comportant en outre un circuit électrique et des collecteurs tournants (55/56169170), caractérisée en ce que les moules comportent des conducteurs électriques blindés chauffants (6) implantés à leur périphérie et répartis sur toute leur surface,en contact direct avec leur paroi pour les chauffer principalement par conduction. 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que les conducteurs blindés chauffants sont répartis selon un pas sensiblernent régulier dans toute la paroi du moule. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les conducteurs blindés chauffants sont de section droite circulaire et sont implantés au fond de gorges formées entre des nervures (4/5) du moule. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisée en ce que les dits conducteurs sont appliqués au fond des gorges par une clavette (8) obturant les gorges. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les nervures (4/ 5) des moules sont d'une section droite de forme généralement triangulaire, et en ce que la section droite des gorges est en forme de Vé, le congé en fond de gorge ayant un rayon voisin de celui du conducteur blindé,et en ce que la clavette (8) lorsqu'elle est en place, vient épouser la forme de la gorge et celle du conducteur blindé. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les bras (58/59) sont montés dos à dos pour entraîner indépendamment chacun un jeu de moules. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les dits bras sont montés face à face pour entraîner entr'eux un seul jeu de plus longs moules. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,caractérisée en ce que les dits bras sont en forme d'équerre dont une branche est parralèle à l'axe de la tête de rotation primaire (51) de telle sorte que l'on peut sur une même machine les monter dos à dos ou face à face.