Brevet FR2830163A1 — publié le 20030328

l'une des revendications 8 à 14. 28301 63 PROCEDE DE FABRICATION D'ELEMENTS CHAUFFANTS La présente invention se rapporte au domaine des éléments chauffants pouvant équiper des appareils électroménagers et plus particulièrement à leur fabrication. Les éléments chauffants visés par la présente invention sont communément appelés éléments chauffants "blindés", leur structure présentant un tube métallique à l'intérieur duquel est logé un fil résistant entouré de magnésie. La charge de ces éléments est assez importante, puisqu'elle peut dépasser 30 WIcm2. De tels éléments sont fréquents dans les appareils électroménagers de chauffage de type bouilloire, fours électroménagers, grills, La présente invention vise en particulier les éléments chauffants dont le tube est métallique. Bien que de nombreux procédés de fabrication existent pour la réalisation de tels éléments, ils ont tous en commun la réalisation du tube métailique, le remplissage dudit tube avec un fil résistant et de la magnésie, puis le passage dans un four de recuit. Ils sont ensuite mis en forme avant les opérations de bouchage. Un tel procédé peut ainsi se décomposer par les étapes suivantes: fabrication du to be, - introduction de l'ensemble composé du fil résistant et des bornes de connexion, puis remplissage de magnésie, compression de l'ensemble, - recuit de l'ensemble pour enlever l'humidité de la magnésie, - si nécessaire: mise à longueur exacte du tube et redressage, - formage du tube selon l'appareil destinataire (forme arquée, ...) -étuvage dans un four (car la magnésie a repris de l'humidité), pendant 60 à 90 min. - imprégnation de résine aux extrémités de la résistance, - pose manuelle des perles céramiques de bouchage aux extrémités, - polymérisation de la résine, pendant 90 min. - opération de formage final à la presse. Un des inconvénients majeurs d'un tel procédé est. entre autres, la longueur du cycle de fabrication, notamment par les étapes thermiques et le refroidissement consécutif. Par exemple, les résistances, après leur passage dans le four de recuit, présentent une température élevée. Elles doivent donc étre stockées dans une zone de refroidissement avant les étapes suivantes. Par ailleurs, la magnésie étant très hydrophile, tant qu'elle n'est pas déshydratée puis isolée de l'environnement extérieur, des étapes de dessiccation sont nécessaires. Par ailleurs, dans un tel procédé, la résine, introduite après la mise en forme de la résistance, assure le scellement de la perle et l'étanchéité de la rés istance. E l le do it donc rem pl i r tout l'es pace entre la mag nés ie et l a pe rl e céramique, ce qui se traduit, en pratique, par un nécessaire surdosage de résine qui vient déborder lorsque la perle céramique est mise en place, afin d'assurer que la résine soit bien en contact avec ladite perle. De tels débordements peuvent entraner des rebus de fabrication; voire des dysfonctionnements des éléments chauffants achevés. La présente invention vise à réduire le temps nécessaire à la fabrication des éléments chauffants tels que précédemment décrits. Cette réduction du temps de fabrication entrane une réduction des coûts de production. Une simplification des étapes et surtout de leur nombre doit pouvoir diminuer les manutentions des éléments et le travail en temps masqué qui nécessite de la place et génère des encours importants. La présente invention est atteinte à l'aide d'un procédé de fabrication d'élément chauffant à partir d'un tube droit métallique, ledit procédé comprenant les étapes de mise en place d'un ensemble composé d'un fil résistant et de deux bornes de connexion à l'intérieur dudit tube, les deux bornes débouchant à chaque extrémité dudit tube, ce dernier étant rempli de magnésie, ces étapes étant suivies d'une opération de compactage suivie d'un recuit à haute température dans un four, caractérisé en ce que, à la suite de cette étape de recuit, pendant la phase de refroidissement du tube, est réalisoe une étape de bouchage d'au moins l'une des extrémités du tube à l'aide d'une résine en contact avec la magnésie, ladite résine étant polymérisée par la suite, et ceci préalablement à toute mise en forme dudit tube, la polymérisation de la résine étant incomplète et laissant temporairement la résine dans une étape intermédiaire de gel. En réalisant, immédiatement après la phase de recuit des tubes, le bouchage des éléments par une résine appropriée, la magnésie, après cette étape de dessiccation, est isolée de l'environnement extérieur et ne peut reprendre d'humidité au cours de son refroidissement. Aucun autre cycle thermique visant à éliminer la reprise d'humidité par la magnésie n'est alors nécessaire, ce qui diminue grandement au final le temps de fabrication des éléments chauffants. Par ailleurs, en bouchant assez tôt dans le procédé de fabrication, et ce définitivement, les extrémités des tubes, on évite toute perte de magnésie, qui, en plus d'engendrer des pertes inutiles de matière, salissent les différentes chanes de fabrication sur lesquelles transitent des tubes durant leur transformation. De plus, en laissant la résine dans un état intermédiaire entre la phase liquide ou semi-liquide et la phase solide après polymérisation complète, on permet la mise en forme des éléments chauffants selon la configuration souhaitée sans risque de casser la résine polymérisée. Cet état de gel pendant un temps suffisamment long après leur sortie du four n'est pas un état naturel des résines. La plupart d'entre elles, en effet, polymérisent rapidement et une mise en forme ultérieure de la résistance, que ce soit un formage, un étirage ou un calibrage a pour résultat la casse de l'extrémité de ladite résistance. Il peut donc para^'tre rédhibitoire de vouloir boucher les éléments chauffants avec une résine avant toute mise en forme pour des raisons évidentes de casse au niveau de ladite résine dès qu'une étape de mise en forme: cintrage, étirage, formage en U.... est mise en _uvre. Pourtant, après de nombreux essais en laboratoire, il s'est avéré possible de sélectionner, essentiellement par expérience, une résine qui, portée à une certaine température pendant un certain temps, présente un état de gel, permettant de cumuler, à la fois ses propriétés de bouchage du tube, puisque la résine ne flue pas hors du tube, tout en gardant temporairement une certaine souplesse lui permettant de suivre les contraintes mécaniques lors des différentes mises en forme des tubes. Certes, la polymérisation étant initiée, elle va irrémédiablement se poursuivre, mais en choisissant correctement, non seulement la résine, mais également les paramètres de polymérisation, il est possible d'obtenir rapidement un état de gel perdurant au moins pendant les étapes ultérieures de transformation du tube en élément chauffant prêt à être monté sur un sous- ensemble de chauffe. Un autre avantage dans le déroulement de ce procédé par rapport à l'art antérieur réside dans le fait que la résine déposée ne sert plus à assurer, à la fois le bouchage et le scellement de la perle d'extrémité mais est uniquement utilisée pour sa fonction d'imprégnation et de bouchage de la magnésie. Dès lors, un dépôt volumétrique de résine est tout à fait envisageable, ce qui rend I'opération de dépôt de résine et de polymérisation facilement automatisable. Selon l'invention, la résine utilisoe est une résine de type méthylphénylsiloxane, qui présente, outre de bonnes propriétés d'étanchéité, une mise en ceuvre assez simple, la courbe de durcissement pouvant être ajustée par un catalyseur. Par ailleurs, elle peut polymériser en couches épaisses sans formation de bulles durant la polymérisation. Selon une mise en _uvre préférée de l'invention, la température de polymérisation est comprise entre 160 et 220 C. Préférentiellement, le temps de polymérisation est compris entre 5 et 15 min. Par ailleurs, la présente invention se caractérise également en ce que le procédé de fabrication comporte, ultérieurement au bouchage d'au moins l'une des extrémités du tube, une étape d'obturation de ladite extrémité par un manchon silicone souple auto-serrant sur la borne liée au fil résistant, ladite extrémité du tube étant ensuite rétreinte sur le manchon souple afin d'assurer l'étanchéité aux projections de ladite obturation. Cette étape d'étanchéité est nécessaire pour le fonctionnement optimum des éléments chauffants et présente l'avantage d'un maintien purement mécanique du manchon dans le tube. Sa mise en _uvre automatisée est ainsi plus facile. Une solution pouvant être automatisée relativement facilement est d'autant plus intéressante que la phase de bouchage de la magnésie peut l'être aussi, tel que précédemment décrit. La différence principale avec les procédés de l'art antérieur est donc de boucher, par le dépôt d'une résine, les résistances droites sorties du four de recuit, et ce, avant leur mise en forme. En gardant la résine à l'état "semi polymérisoe", on permet la transformation de la résistance sans détérioration du bouchage. En complément, la dépose d'un manchon, bloqué par rétreint du tube sur ledit manchon, permet l'automatisation de l'ensemble des étapes du procédé avec une excellente ma^'trise des différentes étapes et donc de la qualité finale des produits. La présente invention vise également un élément chauffant comportant un tube métallique à l'intérieur duquel est logé un ensemble composé d'un fil résistant, entouré de magnésie, et de deux bornes de connexion débouchant à chaque extrémité de l'élément, le tube étant bouché, au moins à l'une de ses extrémités, par une résine d'étanchéité polymérisée, en contact avec la magnésie, caractérisé en ce qu'il comporte, à ladite extrémité, un manchon silicone souple d'obturation, enfilé sur les bornes, ladite extrémité du tube étant rétreinte mécaniquement sur ledit manchon. La combinaison de la résine de bouchage et du manchon souple d'obturation tenu mécaniquement par le tube garantit l'étanchéité et le passage normatif des éléments chauffants ainsi constitués, tout en présentant une longévité et une solidité importantes. Avantageusement, le manchon silicone souple est auto-serrant sur la borne de connexion, ce qui simplifie le mode opératoire de fabrication en facilitant l'automatisation de sa dépose, tout en fiabilisant le produit final en garantissant l'étanchéité au niveau de la liaison entre la borne et le manchon souple. Avantageusement, un espace est ménagé entre le manchon et la résine. Cette zone exempte de matière entre le manchon et la résine permet de pallier aux écarts dimensionnels liés notamment aux tolérances des différents composants ainsi qu'aux traitements mécaniques de laminage et de redressage des éléments chauffants, soit durant leur cycle de fabrication, soit ultérieurement, lors de leur utilisation. Cet espace est variable entre O et 2 mm et sera préférentiellement d'au moins 1 mm. Un autre aspect de la présente invention vise également un élément chauffant comportant un tube en inox à l'intérieur duquel est logé un ensemble composé d'un fil résistant, entouré de magnésie, et de deux bornes de connexion débouchant aux deux extrémités du tube, au moins l'une des extrémités dudit tube étant obturce, vis-à-vis de l'extérieur, par un manchon silicone, caractérisé en ce qu'il comporte une seule résine de bouchage et d'imprégnation de la magnésie, ladite résine étant de type méthylphénylsiloxane. L'imprégnation et le bouchage de la magnésie par une seule résine permet de réduire les coûts de fabrication tout en garantissant une qualité accrue de bouchage en évitant plusieurs composants. D'autres particularités et avantages de la présente invention appara'^tront et ressortiront plus en détail à la lecture de la description suivante, détaillant un exemple non limitatif de procédé de fabrication d'élément chauffant selon la présente invention, en référence à la figure 1 annexée présentant, en coupe, un élément chauffant achevé, prêt à être monté dans un sousensemble 28301 63 chauffant. Ainsi, un exemple de procédé de fabrication d'élément chauffant 1 selon la présente invention peut être décrit par les étapes suivantes: () fabrication du tube inox 2, droit, coupé à longueur, (0 introduction de l'ensemble composé du fil résistant 4 et des bornes 6, soudées au fil 4, puis remplissage du tube de magnésie 8, recuit de l'ensemble dans un four à passage atteignant 1000 C afin de déshydrater la magnésie. Le temps de cycle comprenant la préchauffe, le recuit et un refroidissement contrôlé des pièces est de I'ordre d'une heure. J) à la sortie du four, dépôt des tubes sur un support vertical o les extrémités des tubes sont maintenues à 180 C pour leur bouchage par une résine. Cette opération, rénlisée pour chaque extrémité, comprend: I'étape de dépose calibrée de résine 10 à l'aide d'un pistolet volumétrique délivrant 0,05 g + 10% de produit. La quantité de produit est détermince pour que la résine imprègne la magnésie 8 sur une distance d, tout en présentant un surplus de résine 14 entre la magnésie 8 et l'extrémité du tube 2 qui agit tel un bouchon. Toutefois, ce surplus n'atteint pas l'extrémité du tube. La zone d'imprégnation 12 est. dans le cas de figure présenté, voisine de 10 mm. - I'étape de polymérisation partielle de la résine à une température de 180 C pendant 10 min. La résine se présente alors sous la forme d'un gel avec une croûte superficielle 11. Cette première phase de transformation de la résine est suffisante pour garantir le bouchage des tubes. 6) évacuation des tubes sur un support et refroidissement jusqu'à sensiblement la température amblante. Ils sont alors prêts à recevoir, après éventuellement une phase d'étirage, des manchons silicone sur une machine automatisée. pose des manchons silicone 20 qui sont de petits tubes souples venant en coulissement serré sur les bornes rigides 6. sertissage de l'extrémité du tube à l'aide d'un outil conique venant pincer l'extrémité 18 du tube 2 pour la rabattre sur le manchon souple afin de l'immobiliser. Par ailleurs, la souplesse du silicone permet une grande latitude de serrage, ledit manchon se déformant plus ou moins selon la contrainte mécanique générée. La machine de sertissage automatique permet de positionner précisément le manchon 20 par rapport à l'extrémité 18 du tube 2 permettant de laisser, entre la résine 10 et le manchon 20, un espace 16 qui évitera d'éventuelles interactions entre la résine et le manchon lors des opérations suivantes de formage. Il est à noter que le sertissage sur le manchon souple permet également d'assurer une étanchéité aux projections (de poussières, de fluides,..) de la partie terminale de l'élément chauffant ainsi constitué. (0 après un éventuel redressage des éléments chauffants afin de les rendre rectiligne, les éléments sont mis en forme ou arqués. Par I'expression "élément arqué", on entend tout élément présentant au moins un rayon de formage, par opposition aux éléments linéaires. Il peut donc s'agir d'élément de forme simple en U. présentant un seul rayon de formage, ou plus complexe, en double U. en spirales, en torsades, Durant toutes les étapes de mise en forme du matériau o le tube métallique est sollicité mécaniquement, que ce soit par étirage, redressage ou formage, la résine, toujours sous forme de gel, peut suivre les mouvements imposés au tube sans désagrégation de sa structure. après contrôle électrique, les éléments chauffants sont soudés sur les sous-ensemble chauffants qui leur sont destinés, et testés. Globalement, le procédé dure environ une heure en comparaison avec plus de 6 heures selon l'art antérieur. Il est à noter que ltétape de mise en place du fil résistant et des bornes peut présenter des variantes, les deux bornes pouvant ou non être déjà soudées sur le fil avant l'introduction dans le tube. La présente invention couvre également les cas o le fil résistant est introduit dans le tube et o au moins l'une des bornes est soudée après cette opération. Le temps de polymérisation, très court par rapport à des procédés plus classiques, est dû à la transformation incomplète de la résine. Cette transformation est achevée, soit au cours du temps (environ un an) si l'élément chauffant n'est pas utilisé, soit très rapidement (quelques dizaines de minutes) dès que l'élément chauffant est une première fois utilisé, puisque il est alors porté à haute température. Ainsi, en disposant la résine dès la sortie du four de recuit, et en ne polymérisant que partiellement ladite résine, on permet de simplifier notablement les étapes du procédé de fabrication d'éléments chauffants en inox, d'o un gain de temps qui se traduit immédiatement par une baisse importante des coûts et des encours. Par ailleurs, en proposant des étapes pouvant être automatisées, on diminue également les coûts de manutention tout en améliorant la qualité des éléments chauffants réalisés. La présente invention n'est pas limitée aux tubes en inox, mais concerne également tous les tubes métalliques. - - 2830163 = REVENDICATION S 1. Procédé de fabrication d'élément chauffant (1) à partir d'un tube droit métallique (2), ladit procédé comprenant les étapes de mise en place d'un ensemble composé d'un fil résistant (4) et de deux bornes de connexion (6) à l'intérieur dudit tube (2), les deux bornes (6) débouchant à chaque extrémité dudit tube (2), ce dernier étant rempli de magnésie (8), ces étapes étant suivies d'une opération de compactage suivie d'un recuit à haute température dans un four, caractérisé en ce que, à la suite de cette étape de recuit, pendant la phase de refroidissement du tube, est réalisoe une étape de bouchage d'au moins l'une des extrémités (18) du tabe à l'aide d'une résine (10) en contact avec la magnésie (8), ladite résine (10) étant polymérisée par la suite, et ceci préalablement à toute mise en forme dudit tube (2), la polymérisation de la résine (10) étant incomplète et laissant temporairement la résine (10) dans une étape intermédiaire de gel. 2. Procédé de fabrication d'élément chauffant (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine (10) utilisée est une résine de type méthylphénylsiloxane. 3. Procédé de fabrication d'élément chauffant (1) selon l'une des revendications préGédentes, caractérisé en ce que la température de polymérisation de la résine (1û) est comprise entre 160 et 220 C. 4. Procédé de fabrication d'élément chauffant (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de polymérisation de la résine (10) est compris entre et 1 5 min. 5. Procédé de fabrication d'élément chauffant (1) selon 1'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, ultérieurement au bouchage d'au moins l'une des extrémités (18) du tube (2), une étape d'obturation de ladite extrémité (18) par un manchon silicone souple (20) auto-serrant sur la borne (6) liee au fil résistant (4), ladite extrémité (18) du tube (2) étant ensuite rétreinte sur le manchon souple (20) afin d'assurer l'étanchéité aux projections de lad ite obtu ration. 6. Elément chauffant (1) pour appareil électroménager, caractérisé en ce qu'il est élaboré à l'aide d'un procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Elément chauffant (1) comportant un tube métallique (2) à l'intérieur duquel est logé un ensemble composé d'un fil résistant (4), entouré de magnésie (8), et de deux bornes de connexion (6) débouchant à chaque extrémité (18) de l'élément (1), le tube (2) étant bouché, au moins à l'une de ses extrémités (18), par une résine d'étanchéité (10) polymérisée, en contact avec la magnésie (8), caractérisé en ce qu'il comporte, à ladite extrémité (18), un manchon silicone souple (20) d'obturation, enfilé sur les bornes (6), ladite extrémité (18) du tube (2) étant rétreinte mécaniquement sur ledit manchon (20). 8. Elément chauffant (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le manchon silicone souple (20) est auto-serrant sur la borne de connexion (6). 9. Elément chauffant (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un espace est ménagé entre le manchon (20) et la résine (10). 10. Elément chauffant (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'espace entre le manchon (20) et la résine (10) est d'au moins 1 mm. 11. Elément chauffant (1) comportant un tube (2) en inox à l'intérieur duquel est logé un ensemble composé d'un fil résistant (4), entouré de magnésie (8), et de deux bornes de connexion (6) débouchant aux deux extrémités (18) du tube (2), au moins l'une des extrémités (18) dudit tube (2) étant obturée, vis-à-vis de l'extérieur, par un manchon silicone (20), caractérisé en ce qu'il comporte une seule résine (l O) de bouchage et d'imprégnation