Brevet FR2918595A1 — publié le 20090116

Procédé pour la fixation d'un accessoire dans un réservoir à carburant en matière plastique La présente invention concerne un procédé pour la fixation d'un accessoire sur une paroi d'un réservoir à carburant en matière plastique. Les réservoirs à carburant embarqués dans les véhicules de nature diverse doivent généralement satisfaire à des normes d'étanchéité et de perméabilité en rapport avec le type d'usage pour lequel ils sont conçus et les exigences en matière d'environnement qu'ils doivent respecter. On assiste actuellement, tant en Europe que dans le reste du monde, à un renforcement considérable des exigences concernant la limitation des émissions de polluants dans l'atmosphère et la nature en général. Pour limiter ces émissions, on a songé notamment à positionner les accessoires (lignes de ventilation, clapets, baffles, raidisseurs...) à l'intérieur du réservoir et pour limiter le nombre d' ouvertures à travers de sa paroi, la demanderesse a développé un procédé de moulage au départ d'une paraison comprenant au moins une fente pour pouvoir y introduire (et fixer) des accessoires lors même du moulage du réservoir et ainsi, éviter le perçage d'ouvertures (voir notamment la demande EP 1110697). La demanderesse a également développé un procédé particulier pour cette fixation (bouterollage in situ, objet de la demande WO 2006/008308 dont le contenu a cet effet est introduit par référence dans la présente demande) ainsi qu'un perfectionnement de ce procédé tenant compte du fait que lors du refroidissement du réservoir après moulage, celui-ci est soumis à un retrait important (typiquement de l'ordre de 3 %). Ce procédé amélioré fait l'objet de la demande internationale EP2007/051326 au nom de la demanderesse dont le contenu est également introduit par référence dans la présente demande. Un accessoire qui a été décrit à la figure 5 de cette demande est un support pour clapet qui comprend deux pattes flexibles, moulées d'une pièce avec lui, et munies chacune d'un orifice permettant le bouterollage. La demanderesse a toutefois constaté qu'avec la géométrie de pattes illustrée dans cette figure (simples languettes recourbées munie d'un orifice dans la zone de fixation), le chargement de cet accessoire sur le noyau était difficile (les languettes ayant tendance à glisser en dehors des enclaves prévues à leur effet sur le noyau) et -2 qu'en outre, l'effort mécanique exercé au niveau de la fixation n'était pas réparti de manière uniforme. L'invention a dès lors pour but de fournir une géométrie de zone de bouterollage améliorée permettant d'assurer un autocentrage de l'accessoire vis- à-vis de l'outil qui va effectuer le bouterollage et permettant d'obtenir une meilleure répartition de l'effort lors de celui-ci. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fixation d'un accessoire sur une paroi d'un réservoir à carburant en matière plastique, cette fixation ayant lieu par bouterollage à l'aide d'un outil lors même de la fabrication dudit réservoir par moulage, l'accessoire étant à cet effet muni en au moins un de ses points de fixation, d'un orifice à travers lequel le bouterollage est effectué. Selon l'invention, un relief concave entoure au moins partiellement cet orifice, ledit relief ayant une taille et une forme appropriée pour pouvoir coopérer avec une excroissance (relief convexe) de l'outil lors du bouterollage, cette excroissance s'enfonçant en fait dans le relief concave pour effectuer le bouterollage. Par réservoir à carburant, on entend désigner un réservoir (ou corps creux délimité par une paroi) étanche, apte à stocker du carburant dans des conditions d'utilisation et d'environnement diverses et variées. Un exemple de ce réservoir est celui qui équipe les véhicules automobiles. Le réservoir à carburant selon l'invention est réalisé en matière plastique. Par matière plastique on désigne toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse. Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative : les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent - 3 particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement : le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra. Un polymère souvent employé est le polyéthylène. D'excellents résultats ont été obtenus avec du polyéthylène haute densité (PEHD). La paroi du réservoir peut être constituée d'une seule couche de matière thermoplastique ou de deux couches. Une ou plusieurs autres couches supplémentaires possibles peuvent, de manière avantageuse, être constituées de couches en matériau barrière aux liquides et/ou aux gaz. De préférence, la nature et l'épaisseur de la couche barrière sont choisies de manière à limiter au maximum la perméabilité des liquides et des gaz en contact avec la surface intérieure du réservoir. De préférence, cette couche est à base d'une résine barrière c'est-à-dire d'une résine imperméable au carburant telle que l'EVOH par exemple (copolymère éthylène acétate de vinyle partiellement hydrolysé). Alternativement, le réservoir peut être soumis à un traitement de surface (fluoration ou sulfonation) ayant pour but de le rendre imperméable au carburant. Le réservoir selon l'invention comprend de préférence une couche barrière à base d'EVOH située entre des couches externes à base de PEHD. Dans le cadre de l'invention, par accessoire , on entend désigner : . tout objet ou dispositif fonctionnel généralement associé au réservoir à carburant dans son mode d'utilisation ou de fonctionnement habituel et qui coopère avec celui-ci pour assurer certaines fonctions utiles ; ou • un support pour un ou plusieurs tels dispositifs. Des exemples non limitatifs de tels dispositifs sont : des pompes à liquide, des jauges de niveau, des pipettes, des réservoirs ou baffles intérieurs au réservoir à carburant, des dispositifs de ventilation (clapets, tubulures...), des blocs électroniques et des barres de rigidification. -4 Selon une forme intéressante de réalisation du procédé conforme à l'invention, l'accessoire est en réalité une structure préassemblée comprenant un support ainsi que un ou plusieurs dispositifs identiques ou différents qui y sont fixés via tout moyen de solidarisation adéquat. Des exemples de ces moyens sont le clipsage, le serrage par vissage, le soudage, ... Il est aussi avantageux que la structure préassemblée porte des moyens qui permettent la réunion de dispositifs supplémentaires qui seraient éventuellement fixés ultérieurement. Ces moyens sont aussi des dispositifs de clipsage, des trous taraudés ou des protubérances filetées de forme circulaire permettant le vissage, des zones de surface aptes au soudage,... Dans le même ordre d'idées, l'accessoire peut consister en un simple support comprenant des moyens adéquats pour la fixation ultérieure d'un ou de plusieurs dispositifs. En d'autres termes, de manière préférée, l'accessoire comprend un support qui est soit muni de moyens de fixation pour un ou plusieurs dispositifs fonctionnels du réservoir à carburant (et qui peut être le couvercle de l'accessoire), soit porte directement un ou plusieurs tels dispositifs. Selon l'invention, on munit au moins un des points de fixation de l'accessoire d'un orifice permettant le bouterollage (technique courante dans le domaine de la métallurgie et qui consiste à mouler un rivet in situ, à partir de matière fondue que l'on fait déborder à travers un orifice de la pièce à fixer et puis, que l'on laisse se solidifier, de préférence après avoir quelque peu aplati la partie qui a débordé pour lui donner la forme d'un rivet). De préférence, l'orifice de bouterollage est réalisé dans une patte de fixation moulée d'une pièce avec l'accessoire ou rapportée sur celui-ci. Il peut s'agir d'une simple partie de l'accessoire (faisant partie de son enveloppe générale) munie d'au moins un orifice ou d'une excroissance par rapport à son enveloppe générale munie d'un orifice. Cette patte de fixation peut avoir une forme quelconque : languette munie d'un ou de plusieurs orifices; collerette entourant l'accessoire et comprenant plusieurs orifices... De préférence, l'accessoire est muni de plusieurs pattes de fixation si possible réparties de manière homogène sur celui-ci. De manière tout particulièrement préférée, chaque patte de fixation comprend plusieurs orifices de manière à répartir l'effort lors d'une sollicitation mécanique (par exemple simplement exercée par la gravité) sur l'accessoire. -5 Selon l'invention, le ou les orifices de bouterollage sont entourés par un relief concave. Par concave , on entend en fait une forme creuse sans couvercle dont le fond est constitué par la partie de l'accessoire entourant le ou les orifices. Ce relief peut consister en une paroi substantiellement cylindrique et substantiellement perpendiculaire à la paroi du réservoir. Elle peut avoir une paroi latérale continue ou discontinue. Elle est de préférence discontinue ou en tout cas : munie d'ouvertures conférant une certaine mobilité (déformabilité) à ce relief et/ou permettant une inspection visuelle des bouterolles (par exemple à l'aide d'une caméra : voir plus loin). Ce relief peut comprendre une languette ou excroissance dont le but est d'assurer le bridage du composant (c.à.d. sa fixation sur le noyau par exemple à l'aide d'un petit piston qui vient caler la languette). Le fait de maintenir (brider) le composant tout près de sa patte de fixation permet de s'assurer du fait que cette patte soit complètement prise en charge par l'outil et donc, disposée au bon endroit par rapport à celui-ci. Si le bridage est effectué trop loin de la patte de fixation, la patte du composant peut ne pas être fixée au bon endroit suite à la déformation de la matière entre la patte et le point de bridage. Dans le cas où l'orifice est situé sur une extrémité de patte de fixation (ou de toute autre partie de l'accessoire), le relief concave peut être réalisé dans un simple prolongement de la paroi de cette patte/partie. Dans le cadre de l'invention, bien que l'accessoire soit fixé sur la paroi du réservoir, il est préférable qu'il soit mobile par rapport à son point de fixation sur la paroi du réservoir. De préférence d'ailleurs, tous les points de fixation de l'accessoire sur la paroi du réservoir sont munis d'une pièce de fixation de manière à ce que l'accessoire soit mobile par rapport à tous les points de fixation correspondants sur la paroi du réservoir. Cette mobilité peut être obtenue de diverses manières. Dans le cas où l'accessoire comprend au moins une patte de fixation, il suffit de faire en sorte que celle-ci soit sous la forme d'une languette flexible c.à.d. d'une pièce plate (mais qui peut être courbée, repliée...) ayant une épaisseur, une forme et/ou un matériau constitutif conférant à l'accessoire, une mobilité relative par rapport à la paroi du réservoir lorsqu'il y est fixé. De préférence, chacun des points de fixation de l'accessoire sur le réservoir est muni d'une telle languette flexible. Les pattes de fixation selon cette variante de l'invention sont de préférence à base d'un matériau résistant à la température afin d'éviter unr déformation exagérée de celle-ci. Des matériaux tels que le POM (poly-oxy-méthylène), PA (polyamide), PBT (poly-butylène téréphtalate) et les métaux conviennent bien. Le PEHD est moins indiqué car déformable à la température de mise en oeuvre pour les épaisseurs généralement considérées du moins (2 à 3 mm). De manière tout particulièrement préférée, chaque patte de fixation est munie d'un orifice circulaire de préférence situé substantiellement au centre de sa zone de fixation sur le réservoir (c.à.d. de la zone en contact avec la paraison lors du bouterollage) et cet orifice circulaire est de préférence entouré de plusieurs fentes (2, 3 , 4 ou plus) de préférence réparties de manière régulière sur une circonférence entourant l'orifice central et dont le but est d'augmenter la résistance à la charge de la fixation (le composant agissant par son poids sur la matière plastique encore fondue dans la zone de bouterollage). Généralement, la zone de fixation de la patte est située sur une extrémité recourbée (pliée) de celle-ci. Selon l'invention, l'accessoire est fixé sur la paroi du réservoir pendant son moulage et la mobilité de l'accessoire par rapport à la pièce de fixation est de préférence suffisante pour pouvoir compenser le retrait après moulage, qui pour des réservoirs en HDPE, est de l'ordre de 3 %. Le moulage des réservoirs à carburant a généralement lieu au départ d'une paraison. Par paraison, on entend en fait une préforme, généralement extrudée, qui est destinée à constituer la paroi du réservoir après moulage aux formes et dimensions requises. Généralement, les réservoirs à carburant en matière plastique sont moulés par thermoformage de feuilles planes ou par soufflage d'une paraison tubulaire extrudée, qui ne doit pas nécessairement être d'une seule pièce. De préférence, le réservoir est moulé par soufflage d'une paraison constituée de deux pièces séparées, qui peuvent être deux feuilles par exemple. Toutefois, de manière préférée, ces pièces résultent de la découpe d'une seule et même paraison tubulaire extrudée comme décrit dans la demande EP 1110697 susmentionnée. Selon cette variante, après l'extrusion d'une paraison unique, celle-ci est découpée sur toute sa longueur, selon deux lignes diamétralement opposées, pour obtenir deux parties (feuilles) séparées. Par rapport au moulage de deux feuilles extrudées séparément, et dont l'épaisseur est constante, cette manière de procéder permet d'utiliser des paraisons d'épaisseur variable (c'est-à-dire non constante sur leur longueur), obtenues grâce à un dispositif d'extrusion adéquat (généralement, une extrudeuse munie d'une filière à poinçon dont la position est réglable). Une telle paraison tient compte de la réduction d'épaisseur qui a lieu lors du moulage à certains endroits de la paraison, suite aux taux de déformation non constants de la matière dans le moule. Peu importe la technique de moulage de la paraison, elle implique par définition le recours à un moule qui comprend généralement deux empreintes destinées à être en contact avec la surface externe de la paraison, le thermoformage ou le soufflage de la paraison ayant lieu par plaquage de la paraison sur ces empreintes par aspiration sous vide derrière les empreintes ou à 10 l'aide d'un gaz sous pression injecté à l'intérieur de la paraison. Selon une variante avantageuse de l'invention, le moule comprend également un noyau qui intègre au moins une partie de l'outil de fixation (bouterollage). On entend par noyau une pièce de taille et de forme appropriée pour pouvoir être insérée entre les empreintes du moule et en 15 particulier, être introduite dans la paraison lors de son moulage. Une telle pièce est par exemple décrite dans le brevet GB 1,410,215. Ce noyau peut avantageusement servir à fixer plusieurs accessoires à la fois sur la paraison, ce que ne peuvent généralement pas les dispositifs alternatifs tels que des bras de robots par exemple. Dans cette variante, l'accessoire est fixé sur la paroi interne 20 du réservoir et le relief concave est dirigé vers l'intérieur de celui-ci. Le noyau peut également servir à insuffler le gaz sous pression requis pour le soufflage de la paraison. Et lorsque la paraison à souffler est en 2 parties, le noyau peut également servir à maintenir chaudes les bords de ces 2 parties au moins pendant certaines étapes du procédé (en général : celles précédant la 25 soudure des 2 parties pour réaliser le réservoir). Les paraisons en 2 parties conviennent bien pour cette variante, car elles peuvent s'écarter lors de l'ouverture du moule et ainsi, faciliter la fixation de la tubulure. Enfin, le noyau peut également être utilisé pour réaliser au moins en partie le contrôle du procédé. A cet effet, on peut par exemple intégrer une caméra au 30 noyau afin de visualiser et de contrôler la qualité de la fixation de l'accessoire tel qu'expliqué précédemment. Cette caméra peut également contrôler la qualité de la fixation (liaison) de la tubulure de remplissage (et de tous les autres composants éventuels du réservoir). Généralement, ces contrôles ont lieu par analyse d'image. Un ou des capteur(s) de mesure de grandeur(s) comme la - 8 force, la course, la pression, la température peu(ven)t également être installé(s) sur le noyau afin de mieux contrôler la fixation des accessoires. Selon l'invention, l'accessoire est fixé sur la paroi du réservoir par bouterollage à l'aide d'un outil approprié, de préférence au moins en partie intégré à un noyau tel que décrit précédemment. Cet outil comporte à cet effet une excroissance (relief convexe) solidaire du noyau et susceptible de coopérer avec le relief concave présent sur (la patte de fixation de) l'accessoire. Cet outil est généralement actionné par un vérin régulé (généralement du point de vue force, course et/ou pression) et il comprend généralement une contre-forme ou creux destiné à mouler la partie supérieure du rivet (bouterolle). Lorsqu'il y a plusieurs orifices de bouterollage et donc, plusieurs reliefs concaves, les excroissances correspondantes peuvent faire partie d'un seul outil de bouterollage ou de plusieurs outils séparés. De préférence, il s'agit d'un seul outil ou de plusieurs outils actionnés par un vérin unique. A noter que pour effectuer le bouterollage, on peut se contenter d'utiliser l'excroissance du noyau susmentionnée (avec sa contre-forme) pour mouler la bouterolle. Alternativement et selon une variante préférée décrite en détail dans la demande WO 2006/008308 susmentionnée, le moule comprend une forme correspondante û sorte de bosse - dont le rôle est d'aider à forcer la matière plastique fondue à travers l'orifice de bouterollage. Dans la variante de l'invention selon laquelle l'outil de bouterollage est au moins en partie porté par un noyau, la présence d'une excroissance sur celui-ci coopérant avec le relief concave de l'accessoire à fixer permet de faciliter le chargement du noyau et d'auto-centrer les efforts appliqués lors du bouterollage. Il suffit en effet de disposer l'accessoire avec son ou ses relief concaves emmanchés sur la ou les excroissances du ou des outils de bouterollage, pour pouvoir assurer un positionnement et un centrage correct de l'accessoire sur le noyau avant de refermer sur lui, les empreintes entre lesquelles figure la paraison (pour pouvoir venir fixer sur la paroi interne de celle-ci et au bon endroit, ledit accessoire). Dès lors, un procédé particulièrement intéressant dans le cadre de l'invention comprend les étapes suivantes : û positionnement de l'accessoire sur le noyau comme expliqué ci-dessus; û première fermeture du moule (empreintes ramenées autour du noyau avec la paraison insérée entre); - 9 û plaquage de la paraison sur les empreintes du moule (par soufflage au travers du noyau et/ou aspiration sous vide derrière les empreintes); û fixation de l'accessoire sur la paraison par bouterollage; - ouverture du moule, retrait du noyau, re-fermeture du moule et moulage final du réservoir. Enfin, il importe de noter que bien que la présente invention ait été développée dans le cadre de la fixation d'accessoires internes au réservoir, elle pourrait également s'appliquer à la fixation d'accessoires externes au réservoir et qui auraient à cet effet été disposés au préalable dans les empreintes du moule. Dans cette variante, les empreintes du moule seraient pourvues de l'outil de bouterollage comprenant une excroissance apte à coopérer avec le relief concave (cette fois dirigé vers l'extérieur du réservoir). Ceci donne de bons résultats avec des clips par exemple qui à leur tour, vont permettre de fixer (par clipsage) des accessoires sur la surface externe du réservoir après refroidissement de ce dernier. La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 3. La figure 1 illustre un accessoire convenant pour une variante avantageuse de la présente invention. La figure 2 consiste en un grossissement d'une partie de cet accessoire dans une de ses zones de fixation. La figure 3 illustre de manière schématique la géométrie complémentaire d'une patte de fixation et de l'outil de bouterollage correspondant (dans un moule vide à gauche, et avec une portion de paroi de paraison/réservoir à droite, pour mieux illustrer le principe du bouterollage). L'accessoire (1) illustré aux figures 1 et 2 consiste en fait en un support multi-accessoire muni de pattes de fixation (2) flexibles et de différents reliefs d'accrochage pour les accessoires qu'il est destiné à recevoir. Sur la figure 2, la géométrie des pattes de fixation (2) de l'accessoire (1) apparaît plus clairement : l'extrémité recourbée (3) de celles-ci est munie d'un orifice central (4) et de plusieurs fentes (5) disposées sur une circonférence entourant celui-ci (4). Cette extrémité recourbée (3) est prolongée par une paroi cylindrique (6) en forme de coupelle munie de deux évidements (7) conférant une certaine mobilité à l'extrémité de la patte - nécessaire pour accompagner le retrait de la matière lors du refroidissement du réservoir - et d'une fenêtre plus large (8) permettant une inspection visuelle de la bouterolle une fois l'accessoire - 10 - fixé sur la paroi d'un réservoir. Cette paroi (6) comprend également une languette (9) pour le bridage du composant sur l'outillage de bouterollage. Sur la figure 3, on peut voir comment un outil de bouterollage (10) û dont seulement une partie est illustrée de manière schématique û solidaire d'un noyau (qui n'est pas représenté) et qui comprend une contre-forme (10'), coopère avec une forme (excroissance) (11') dans le moule (11) pour mouler la bouterolle. Pour ce faire, l'outil (10) est mis en place avec sa contre-forme (10') au droit de l'orifice (4) dans la patte de fixation (2) puis, il appuie dans le fond de la coupelle de sorte à forcer de la matière plastique fondue à travers l'orifice (4) et les fentes (5). Le débordement de la matière est assisté par la forme (bosse) (11') et la contre-forme (10') donne à la matière qui a débordé la forme d'un rivet. REVENDICATIONS 1. û Procédé pour la fixation d'un accessoire sur une paroi d'un réservoir à carburant en matière plastique, cette fixation ayant lieu par bouterollage à l'aide d'un outil lors même de la fabrication dudit réservoir par moulage, l'accessoire étant à cet effet muni d'au moins un orifice à travers lequel le bouterollage est effectué, caractérisé en ce que l'orifice de bouterollage est au moins partiellement entouré par un relief concave dans lequel s'enfonce un relief convexe de l'outil pour effectuer le bouterollage. 2. û Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'orifice de bouterollage est réalisé dans une patte de fixation moulée d'une pièce avec l'accessoire ou rapportée sur celui-ci. 3. û Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'accessoire est muni de plusieurs pattes de fixation réparties de manière homogène, chaque patte de fixation comprenant plusieurs orifices de bouterollage. 4. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le relief concave consiste en une paroi substantiellement cylindrique et substantiellement perpendiculaire à la paroi du réservoir munie d'ouvertures. 5. û Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la ou les pattes de fixation sont des languettes flexibles ayant une épaisseur, une forme et/ou un matériau constitutif conférant à l'accessoire, une mobilité relative par rapport à son ou ses points de fixation sur le réservoir. 6. û Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque patte de fixation a une extrémité recourbée munie d'un orifice circulaire entouré de plusieurs fentes réparties de manière régulière sur une circonférence entourant cet orifice. 7. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir le réservoir est moulé par soufflage d'une paraison constituée de deux pièces séparées obtenues par extrusion d'une paraison unique découpée sur toute sa longueur selon deux lignes diamétralement opposées.- 12 - 8. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moulage est réalisé à l'aide d'un moule comprenant deux empreintes et un noyau qui intègre au moins en partie l'outil de bouterollage, et en ce que l'accessoire est fixé sur la paroi interne du réservoir, son relief concave étant dirigé vers l'intérieur de celui-ci. 9. û Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le noyau est muni d'une caméra permettant le contrôle visuel de la qualité du bouterollage. 10. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de bouterollage est actionné par un vérin régulé.