Brevet FR2766172A1 — publié le 19990122

L'invention concerne de nouveaux dispositifs pour réaliser le refroidissement de moules et plus particulièrement de moules pour la fabrication d'articles en verre tels que bouteilles, flacons, pots, Le rôle du moule et des outillages annexes (fond, bague, etc...) est d'une part d'évacuer une partie de l'énergie calorifique contenue dans le verre, afin de le figer et d'autre part de communiquer à la goutte de verre, la forme de l'objet à fabriquer. De tels outillages doivent être refroidis d'autant plus que la vitesse de fabrication est importante. Dans la majorité des applications industrielles existantes à ce jour, I'air est le fluide utilisé. Ce type de refroidissement à l'air présente divers inconvénients; il necessite une puissance de ventilation mécanique par tonne de verre produit relativement importante et occasionne des nuisances sonores obligeant le personnel de production au port de protections individuelles contre le bruit. De plus, I'évacuation de l'air réchauffé au contact des outillages s'effectue dans l'ambiance de travail, ce qui a pour effet d'élever sensiblement la température de l'atmosphère à proximité de la machine. Afin d'augmenter les cadences de production, il est en premier lieu nécessaire d'améliorer, d'un point de vue vitesse, le refroidissement du verre, c'est-à-dire d'atteindre le plus rapidement possible la température du verre correspondant à une viscosité telle que le récipient en verre puisse être libéré du moule sans s'affaisser sur lui-même, tout en maintenant un niveau de qualité de l'article formé. Les machines de formage habituellement utilisées dans l'industrie de fabrication de récipients tels que bouteilles, flacons sont du type machine l.S. fonctionnant selon les modes pressé-soufflé ou soufflé-soufflé. Ces machines l.S. réalisent le formage des articles en deux temps. Tout d'abord, il est procédé à la réalisation d'une ébauche de l'article dans un moule ébaucheur , durant cette étape une ébauche du corps de l'article est réalisée et par exemple la bague, dans le cas d'une bouteille est totalement formée. La viscosité du corps de l'article doit rester telle à l'issue de l'étape d'ébauchage, qu'il soit possible de finir le formage de l'article. Le refroidissement du verre doit donc être limité au niveau du corps de l'article. Concernant la bague de la bouteille, celle-ci doit être suffisamment refroidie pour pouvoir servir de prise à un outil qui permet le transfert vers le moule finisseur . Dans ledit moule finisseur, L'article est fini d'être formé et suffisamment refroidi pour être libéré. II apparaît que le facteur limitant les cadences de production est le temps de refroidissement de l'article dans le moule finisseur. II a déjà été proposé d'améliorer ce temps en augmentant la vitesse de passage de l'air sur ou dans le moule ; ce type de solution, si elle permet d'améliorer les cadences, conduit inévitablement à des conditions de travail très bruyantes. En effet, I'augmentation de la vitesse de l'air entraîne un bruit très important, pouvant atteindre 100 à 1 1 0 dB A, et une température ambiante de la machine pouvant avoisiner 500c, pour certaines fabrications. L'inventeur s'est ainsi donné pour mission de développer un dispositif de refroidissement d'éléments de moules palliant les inconvénients précédemment évoqués et plus particulièrement en assurant une augmentation des cadences de production dans des conditions de travail acceptables. L'invention a également pour but un coût énergétique peu augmenté, voir inférieur, à celui correspondant aux dispositifs actuels. Ces buts sont atteints selon l'invention par un dispositif pour le refroidissement d'éléments de moules pour la fabrication d'articles en verre, tels que bouteilles, flacons ..., dans lequel des canaux traversent le corps desdits éléments et lesdits canaux étant raccordés à un circuit d'eau de refroidissement. L'inventeur a su mettre en évidence qu'il est possible de refroidir l'article par l'intermédiaire d'une circulation d'eau au sein des éléments de moule, tout en garantissant un formage complet de l'article. II est donc notamment ainsi possible d'optimiser le refroidissement de l'article dans le moule finisseur. Selon une réalisation préférée de l'invention, le diamètre des canaux, le nombre des canaux et le débit de l'eau dans le circuit de refroidissement sont choisis pour limiter l'échange thermique. Ces choix permettent un refroidissement de l'article optimisé au vu des techniques antérieures, mais autorisant la formation de l'article en préservant une viscosité de formage adaptée à chaque modèles fabriqué. Selon l'invention, dans le cas de canaux d'une longueur de 1 30 mm, par exemple disposés verticalement dans les coquilles du moule finisseur, le diamètre des canaux est compris entre 2 et 4 mm et le débit de l'eau traversant lesdits canaux est compris entre 25 et 100 litres par heure, selon la cadence de fabrication et le modèle d'article fabriqué. De façon préférée encore, les éléments de moules comportant les canaux, sont réalisés, en un matériau choisi pour limiter l'échange thermique. Contrairement aux techniques de refroidissement usuelles selon lesquelles il est toujours nécessaire d'améliorer le refroidissement, le dispositif selon l'invention prévoit selon une variante de diminuer ladite conductivité du matériau. Ce choix de matériau peut permettre d'améliorer d'autres propriétés. Selon les techniques antérieures, les moules, et plus particulièrement le moule finisseur, sont réalisés en des matériaux du type fonte ou bronze qui sont des matériaux fragiles et présentant des risques d'oxydation importants qui conduisent à un entretien important, et des réparations fréquentes. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, le matériau peut être un acier, matériau faiblement conducteur en comparaison des matériaux préalablement cités. De préférence encore, le matériau choisi est un acier allié à base de chrome, qui conduit à un matériau présentant une bonne résistance à la corrosion, notamment à l'égard du verre. De préférence encore, L'acier a subi un traitement thermique pour améliorer ses propriétés mécaniques, notamment sa dureté. Avantageusement, il présente une dureté HRC supérieure et voisine de 50. Cette caractéristique du moule permet d'éviter une dégradation de celui-ci notamment en cas de choc ou d'usure lors de nettoyage classique du type par microbille, toile abrasive,... Les essais réalisés ont montré que les moules réalisés selon l'invention pouvaient présenter une conductivité thermique diminuée de moitié par rapport à celles des moules utilisés habituellement. Par ailleurs, la durée de vie de ces moules est augmentée de quatre à cinq fois, notamment du fait de leur dureté et de leur meilleure résistance mécanique et meilleure résistance à la corrosion. Malgré des coûts de fabrication plus élevés pour les moules selon l'invention, ils s'avèrent économiquement plus intéressants. En outre, lors de leur utilisation, leur fréquence d'entretien, c'est-à-dire de nettoyage, est moins importante que pour les moules usuels ; cette conséquence liée à leur nature permet également d'optimiser les cadences de production. Selon une variante de l'invention, les canaux de circulation pour l'eau de refroidissement, sont réalisés dans des tubes, par exemple en acier inoxydable, insérés dans les éléments de moules préalablement percés. Une telle réalisation permet de réaliser les moules de façon économique d'une part en réalisant un usinage simplifié des moules en formant des passages avec des diamètres relativement importants et d'autre part, en utilisant des tubes aux diamètres internes et externes voulus que l'on trouve aisément dans le commerce pour d'autres applications. Selon une réalisation préférée de l'invention, les tubes insérés dans les éléments de moules comportent au moins une zone échancrée à leur périphérie. Une telle échancrure qui va créer un espace d'air entre le tube et le matériau constituant le moule va permettre de diminuer au moins localement la conductivité. Une telle réalisation peut permettre soit de diminuer la conductivité globale soit par exemple de créer un gradient de refroidissement, par exemple selon une direction verticale dans le cas d'une bouteille pour figer plus ou moins rapidement certaines zones de la bouteille. Selon une variante de l'invention, les canaux traversent verticalement les coquilles du moule et sont associés à des collecteurs supérieurs et inférieurs. Cette variante qui concerne plus particulièrement le refroidissement des coquilles d'un moule permet à l'aide des collecteurs de créer un circuit de refroidissement associant par exemple les canaux deux à deux et par exemple du fait du collecteur inférieur, d'obtenir un cheminement de l'eau dans ces deux canaux en sens inverses, c'est-à-dire, que l'eau qui traverse le premier canal de haut en bas remonte par le second canal en traversant celui-ci de bas en haut. Le collecteur inférieur permet donc de relier ces deux canaux en conduisant l'eau de l'un à l'autre. Le collecteur supérieur peut quant à lui permettre d'associer d'une part l'ensemble des canaux conduisant l'eau de haut en bas et d'autre part l'ensemble des canaux conduisant l'eau de bas en haut ; le collecteur supérieur peut alors faire office de répartiteur en étant associé à une arrivée d'eau extérieure et une sortie d'eau extérieure. Selon une telle réalisation de l'invention, il est donc possible de limiter l'encombrement du dispositif de refroidissement puisque seules deux conduites d'arrivée et d'évacuation de l'eau doivent être prévues autour de chacune des coquilles du moule. L'invention a plus particulièrement été décrite en référence au refroidissement des coquilles d'un moule finisseur ; en effet, comme il I'a été dit précédemment, le refroidissement de l'article dans le moule finisseur est le facteur limitant le temps de fabrication d'un article. Toutefois, dès lors que l'invention permet de réduire ce temps de refroidissement dans le moule finisseur, I'invention peut également être utilisée pour les coquilles du moule ébaucheur, le refroidissement dans ledit moule ébaucheur pouvant alors devenir le facteur limitant. Par ailleurs, I'invention n'est pas limitée à une utilisation au niveau des coquilles de moules mais peut également être adaptée au refroidissement des fonds de moules tant finisseurs qu'ébaucheurs ainsi qu'au moule de bague. D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortiront ci-après de la description d'un exemple de réalisation de l'invention en référence aux figures 1, 2, 3, 4 qui représentent figure 1 : une vue de face en coupe d'un schéma illustrant une demi coquille d'un moule équipé d'un dispositif selon l'invention, figure 2 un schéma en coupe partielle d'un tube utilisé dans le dispositif selon l'invention, figure 3 : une vue de dessus d'une coquille équipée d'un dispositif selon l'invention, figure 4 : une vue de dessus d'un collecteur supérieur selon l'invention. Les figures ne sont pas représentées à l'échelle pour en simplifier la compréhension. sur la figure 1, est représenté un schéma en coupe d'une demi-coquille 1 d'un moule finiseur d'une machine l.S. prévu pour un refroidissement liquide selon l'invention. La coquille 1 est une partie du moule directement au contact du verre ; comme le montre la figure 1, cette coquille 1 contribue à la formation de la cavité 2 formant la surface extérieure de l'article. Sur la figure 1, le fond du moule n'est pas représenté mais son adaptation apparait dans le moule 1 : il s'agit de l'enclavure 3. La figure 1 montre un canal 4 traversant la coquille 1 selon un axe vertical parallèle à l'axe de l'article fabriqué. Le canal 4 selon la représentation, présente un diamètre d'environ 10 mm qui le rend très facile à usiner. Dans ce canal 4 sera inséré un tube 5 illustré sur la figure 2 sur lequel il sera revenu ultérieurement. Sont également représentés sur la figure 1, les collecteurs supérieur 6 et inférieur 7. Il sera revenu plus spécifiquement sur leurs fonctions lors de la description de la figure 4. L'assemblage des collecteurs 6, 7 à la coquille 1 est avantageusement réalisé par des vis, non représentées sur les figures, des joints d'étanchéité plats de 0,5 mm d'épaisseur 8, 9 étant interposés entre lesdits collecteurs et la coquille 1. Le tube 5 représenté sur la figure 2 présente un diamètre extérieur le plus grand, sensiblement équivalent à celui du canal 4, c'est-à-dire environ 10 mm. Ces diamètres quasi-identiques vont permettre de pouvoir insérer le tube 5 dans le canal 4 et de maintenir le tube 5 en position par frettage. Dans la zone représentée partiellement en coupe, apparaît le canal 10, dans lequel l'eau de refroidissement circule. Sont également représentées sur la figure 2, des zones échancrées 11 en périphérie du tube 5. Les tubes 5 peuvent être trouvés dans le commerce assez facilement, ce type de tubes servant à de nombreuses autres applications. II ne reste donc qu'à réaliser les échancrures périphériques 11 et usiner le diamètre extérieur pour les préparer en vue de leur utilisation pour le dispositif selon l'invention. Celles-ci peuvent être réalisées par tout moyen connu de l'homme du métier. Lorsque le tube 5 est inséré dans le canal 4, le frettage est donc exercé par la coquille 1 sur les zones non échancrées du tube 5. Une fois le tube 5 inséré, les zones échancrées vont créer des espaces d'air entre la coquille 1 et le tube 5 qui vont limiter les échanges thermiques entre le tube 5 et la coquille 1. Sur la figure 3, est représentée une vue de dessus d'une coquille 1 comportant quatre canaux 4a, b, c, d. Le nombre de ces canaux 4 est variable en fonction des dimensions de la coquille et de la nature de l'article fabriqué, et plus exactement en fonction de l'échange thermique à réaliser. Le choix du matériau constituant la coquille et l'emplacement des canaux 4 dans l'épaisseur de la paroi de la coquille 1 contribuent également à l'échange thermique obtenu. Le concepteur des coquilles 1 pourra donc optimiser ces différents paramètres lors de la fabrication desdites coquilles 1. La figure 4 représente le collecteur supérieur 6 destiné à venir coiffer la coquille 1 représentée sur la figure 3. Ce collecteur 6 comporte un branchement i 3 pour raccorder le collecteur 6 à une conduite d'arrivée d'eau et un branchement 12 pour raccorder le collecteur 6 à une conduit d'évacuation de l'eau. Les branchements 12, 13 sont choisis comme étant des raccords rapides " qui permettent de ne pas augmenter les temps de changement de moules. Ces branchements 12, 1 3 sont par ailleurs raccordés respectivement à des répartiteurs 14, 15, représentés en traits discontinus sur la figure 4, pour être chacun reliés à deux canaux, 4a, 4d d'une part et 4b, 4c d'autre part. II apparaît donc clairement que les canaux 4a et 4d conduisent l'eau de bas en haut et que les canaux 4b et 4c conduisent l'eau de haut en bas. Le collecteur 7 qui n'est pas détaillé sur les figures, comporte par ailleurs des conduites pour relier d'une part les canaux 4a, 4b et d'autre part les canaux 4c, 4d. Une réalisation préférée de l'invention prévoit un circuit d'eau de refroidissement fermé utilisant une eau filtrée et adoucie. Cela permet d'éviter tout risque d'encrassement et d'entartrage des canaux 10 des tubes 5 dans lesquels l'eau circule. En effet, un tel problème pourrait perturber l'échange thermique souhaité et donc perturber la fabrication des articles en verre. Le circuit de refroidissement peut ensuite être lui-même refroidi par un échangeur eau/eau ou eau/air. II apparait au vu de ces figures que la réalisation du dispositif selon l'invention ne vient pas perturber la conception de base des moules de verrerie. En effet, I'encombrement extérieur des moules n'est pas modifié et ne change donc absolument pas l'équipement de la machine l.S. D'autre part, la partie externe au moule du circuit de refroidissement à proximité immédiate de la machine l.S. peut n'être constituée que de deux conduites d'eau qui ne présentent également pas un encombrement important. Des essais ont été réalisés, notamment pour la fabrication de petites bouteilles plus particulièrement destinées au marché de la bière. Ces essais ont été réalisés avec des tubes 5 d'une longueur de 130 mm et présentant un diamètre interne (diamètre du canal 10) de 3,2 mm. Les tubes 5 étaient au nombre de quatre, insérés dans des canaux 4, tels que sur la figure 3, au sein des coquilles 1 d'un moule finisseur. Le débit de l'eau de refroidissement était de 50 litres par heure par canal 10. La conductivité thermique du matériau constituant les coquilles était de 17 W/m.OK, à 200C. Les résultats de ces essais ont mis d'une part en évidence qu'il était possible d'augmenter les cadences de production et d'autre part que le bruit émis autour des machines est diminué. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement d'éléments de moules pour la fabrication d'articles en verre, tels que bouteilles, flacons ..., caractérisé en ce que des canaux traversent le corps des éléments, et en ce quels sont raccordés à un circuit d'eau de refroidissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de canaux, le diamètre des canaux et le débit de l'eau sont choisis pour limiter l'échange thermique. 3. Dispositif selon la revendication 2 comportant des canaux d'une longueur de 130 mm, caractérisé en ce que le diamètre est compris entre 2 et 4 mm et en ce que le débit de l'eau est compris entre 25 et 100 litres par heure. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de moules sont réalisés en un matériau choisi pour limiter l'échange thermique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau est un alliage tel qu'un acier allié à base de chrome. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le matériau présente une dureté HRC supérieure à 50. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux sont réalisés dans des tubes insérés dans les éléments de moules préalablement percés. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes comportent au moins une zone échancrée à leur périphérie. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux traversent verticalement les coquilles du moule et en ce qu'ils sont associés à des collecteurs supérieur et inférieur. 10. Utilisation d'un dispositif décrit selon l'une des revendications 1 à 9 pour le refroidissement des coquilles d'un moule finisseur d'une machine l.S.