Brevet FR2990150A1 — publié le 20131108

ENCEINTE DE VULCANISATION DE LA PARTIE INTERIEURE D'UN PNEUMATIQUE CONTENANT UN VENTILATEUR [1] L'invention concerne le domaine de la vulcanisation des pneumatiques et s'intéresse plus particulièrement aux enceintes de vulcanisation dans lesquelles l'apport des calories se fait à l'aide de moyens situés directement à l'intérieur de ladite enceinte. [2] Un fluide caloporteur, en général de l'azote sous pression, circule dans la cavité interne de l'enceinte à l'aide d'un ventilateur de circulation entrainé par un moteur électrique baignant en totalité dans ledit fluide caloporteur. Les calories nécessaires sont fournies par des éléments chauffants tels que des résistances ou encore des moyens de chauffage par induction placés sur le trajet du fluide caloporteur. [3] Des dispositifs de ce type sont décrits à titre d'exemple dans la publication EP 686 492, ou encore dans la publication US 7 435 069. [4] La figure 1 décrit schématiquement un dispositif connu du type ci-dessus. [5] L'enceinte de vulcanisation 1 de la partie interne est délimitée par un plateau inférieur 11 et un plateau supérieur 12, reliés par une membrane élastique 10, dont les deux bourrelets 13 et 14 sont ancrés à la circonférence desdits plateaux, et venant se plaquer sur la partie interne du pneumatique sous l'effet de la pression du fluide caloporteur. L'enceinte interne collabore de façon connue avec un moule rigide destiné à conférer sa forme extérieure audit pneumatique et formé de deux coquilles (non représentées) destinées à mouler les flancs et par des secteurs annulaires (non représentés) destinés à mouler la bande de roulement. [006] La partie centrale de l'enceinte comprend un axe de manoeuvre 20, concentrique à l'axe de révolution )0(' de l'enceinte, destiné à animer axialement les plateaux supérieurs et inférieurs lors des phases d'introduction et d'extraction du pneumatique. Un arbre creux 30 entraine en rotation l'assise 31 portant les pales d'un ventilateur 40. [007] Le fluide caloporteur est introduit sous pression dans l'enceinte de vulcanisation 1 en début de cycle par un conduit 22. Le conduit 22 permet aussi d'extraire le fluide en fin de cycle. En théorie, sous l'action du ventilateur de circulation et en référence aux flèches de la figure 1, le fluide caloporteur est aspiré au niveau de la partie centrale 41 du ventilateur, traverse le faisceau d'éléments chauffant 50, puis est éjecté dans la partie basse de l'enceinte et vient lécher les parois de la membrane où s'opèrent les échanges thermiques avec le pneumatique au travers de ladite membrane. [8] On observe toutefois que ces dispositifs manquent parfois à distribuer les calories de manière homogène sur toute la surface intérieure du pneumatique, en raison en particulier d'une circulation non maitrisée du fluide caloporteur à l'intérieur de l'enceinte. [9] Une étude aéraulique détaillée permet de simuler la circulation du fluide caloporteur dans l'enceinte en fonction des dimensions du pneumatique à fabriquer. [10] Ces simulations mettent en évidence que, pour certaines dimensions, en particulier les dimensions de grand diamètre ou de grande largeur, les flux dans l'enceinte ne s'établissent pas de la manière décrite ci-dessus. [11] Des boucles de recirculation du type de celles illustrées à la figure 2, apparaissent dans certaines zones de l'enceinte t1, t2, t3., dans lesquelles on remarque que le fluide au contact de la paroi de la membrane tourne sur lui-même sans repasser par le centre du ventilateur, [12] On observe également que, sous l'effet du mouvement rotatif imparti par le ventilateur, l'ensemble du fluide caloporteur est entrainé en rotation autour de l'axe XX', comme cela est illustré à la figure 3. [13] Ces deux phénomènes ont pour effet de réduire fortement le retour du flux « froid » depuis la paroi de la membrane 10, vers les éléments chauffants 50. [14] L'objet de l'invention est de proposer des moyens aptes à modifier l'orientation et la vitesse du flux de fluide caloporteur en sortie du ventilateur, de manière à supprimer l'apparition de ces phénomènes, quelle que soit la dimension du pneumatique à vulcaniser. [015] L'enceinte d'axe XX' de vulcanisation de la surface intérieure d'un pneumatique selon l'invention comprend des moyens de chauffage, et un ventilateur de circulation entrainé en rotation, de section de sortie donnée SF, et destinée à brasser un fluide caloporteur. Cette enceinte se caractérise en ce que des moyens de canalisation du flux de fluide caloporteur sont disposés en sortie immédiate du ventilateur. [016] On entend ici par moyens de canalisation des moyens disposés en sortie du ventilateur de circulation à la circonférence radialement externe dudit ventilateur, et en amont du point d'entrée en contact du fluide caloporteur chaud avec la paroi de la membrane pour échanger de calories avec le pneumatique, et aptes à rediriger le flux de fluide caloporteur dans une direction donnée, à concentrer la veine du flux, ou encore à en augmenter la vitesse du fluide caloporteur. Chacune de ces actions pouvant être conduite séparément ou en combinaison. [017] Selon une première forme de réalisation les moyens de canalisation du flux sont formés par un moyen de confinement non rotatif, apte à concentrer le flux de sortie dans la direction axiale. [018] Préférentiellement, les moyens de confinement sont formés par au moins une paroi sensiblement tronconique d'axe )0('. [019] Préférentiellement, la ou les parois tronconiques sont orientées de sorte que la ou les ouvertures de plus faible section soient disposées du côté de l'orifice d'entrée (41, 42) du flux de fluide caloporteur dans le ventilateur. [20] Préférentiellement, le petit diamètre de la paroi tronconique est sensiblement égal au diamètre radialement externe du ventilateur de circulation, et dans laquelle le diamètre radialement externe et l'angle au sommet de ladite paroi tronconique sont adaptés de sorte que la section en sortie du moyen de confinement soit inférieure à la section de sortie du ventilateur de circulation, et supérieure au quart de ladite section. [21] Selon une forme de réalisation particulière de cette première forme de réalisation l'enceinte de vulcanisation peut comprendre deux parois troncs coniques disposées de manière symétriques par rapport au plan équatorial de l'enceinte de sorte que le flux en sortie du ventilateur de circulation est concentré au niveau de l'équateur de ladite enceinte. [22] Selon une seconde forme de réalisation de l'invention, les moyens de canalisation du flux sont formés par des moyens de redressement non rotatifs, aptes à orienter le flux de sortie du ventilateur de circulation dans la direction radiale de ladite enceinte et à diminuer fortement la composante de rotation autour de l'axe )0(' du flux. [23] Préférentiellement, les moyens de redressement sont formés par des aubes, chacune ayant des parois dont la surface externe est générée par des droites sensiblement parallèles à l'axe )0(' et disposées à la circonférence radialement externe du ventilateur. [24] Préférentiellement, en projection dans un plan perpendiculaire à l'axe )0(', les dites aubes ont des sections droites radialement croissantes. [25] L'invention prévoit aussi la possibilité de combiner des moyens de confinement du flux de sortie du ventilateur de circulation selon la première forme de réalisation et des moyens de redressement selon la deuxième forme de réalisation. [26] Préférentiellement, les moyens de redressement peuvent alors être portés par les moyens de confinement. [27] Quelle que soit la forme de réalisation de l'invention, les moyens de chauffage peuvent être disposés axialement en amont du ventilateur, ou encore être insérés dans les moyens de canalisation du flux. [28] Pour améliorer l'efficacité de l'ensemble, au moins un redresseur d'entrée peut être disposé de manière à canaliser axialement le fluide caloporteur au niveau de l'orifice d'entrée du ventilateur de circulation, et à le rediriger radialement en direction de la partie amont dudit ventilateur de circulation. [29] Dans sa forme la plus commune de réalisation, l'enceinte de vulcanisation est délimitée par les parties internes d'un plateau supérieur et d'un plateau de manoeuvre, et d'une membrane de cuisson 10 dont les deux bourrelets sont fixés à la circonférence desdits plateaux. [30] La description qui suit s'appuie sur les figures 1 à 16 dans lesquelles : - la figure 1 représente une enceinte de vulcanisation selon l'art antérieur connu, - la figure 2 représente, dans une vue en coupe radiale de l'enceinte, une simulation de la circulation des flux, - la figure 3 représente, dans une vue en perspective, une simulation de la circulation des flux, - la figure 4 représente une vue en coupe radiale d'un premier mode de réalisation d'une enceinte selon l'invention, - la figure 5 représente une vue en perspective d'une paroi de confinement selon l'invention, - la figure 6 représente une vue en coupe radiale agrandie d'une partie de la figure 4, - la figure 7 représente une vue en coupe radiale d'un second mode de réalisation d'une enceinte selon l'invention, la figure 8 représente une vue en coupe radiale d'une combinaison des deux modes de réalisation de l'invention ci-dessus, - la figure 9 représente un détail de la figure 8, - la figure 9 représente une vue en perspective d'un redresseur d'entrée permettant d'aspirer les flux de fluide caloporteur à l'entrée du ventilateur de circulation, la figure 10 représente une vue en perspective d'un redresseur d'entrée, la figure 11 représente les différentes combinaisons de formes des aubes du ventilateur de circulation et du redresseur de sortie, la figue 12 représente un mode particulièrement intéressant de réalisation des aubes du redresseur de sortie utilisé dans le second mode de réalisation de l'invention, - les figures 13 et 14 représentent des modes particuliers d'implantation des moyens de chauffage dans une enceinte selon l'invention. la figure 15 représente, dans une vue en perspective, la circulation des flux dans l'enceinte après mise en oeuvre des dispositifs de canalisation selon l'invention. La figure 16 représente une forme de réalisation particulière de la première forme de réalisation de l'invention. [31] L'enceinte illustrée à la figure 4 reprend toutes les caractéristiques de l'enceinte de l'art antérieur connu illustrée à la figure 1. Elle s'en distingue toutefois en ce qu'elle comprend, selon un premier mode de réalisation de l'invention, un concentrateur de flux dans la direction axiale, placé directement en sortie du ventilateur de circulation 40. [32] La forme du concentrateur est sensiblement celle d'un tronc de cône tel qu'illustré à la figure 5. Le petit diamètre cDF du cône 60, correspondant à la lèvre supérieure 61, est ajusté de manière à correspondre sensiblement au diamètre radialement externe du ventilateur de circulation 40. [033] Ce concentrateur est monté de manière fixe sur la surface interne du plateau de manoeuvre 11 par l'intermédiaire de tiges 63. La hauteur des tiges 63, la hauteur et l'angle au sommet a de la paroi tronc conique, et par voie de conséquences le diamètre cDc correspondant à la lèvre inférieure 62 du cône 60, sont ajustés de sorte que la section de sortie du concentrateur soit inférieure à la section de sortie du ventilateur de circulation et supérieure au quart de la dite section de sortie. Soit SF la section de sortie du ventilateur, on a SF = 7C X (I)F X HF. La section de sortie du concentrateur Sc est égale à Sc =nxit, x H et peut utilement être comprise entre SF et SF/4, soit : S c C F C 4 [034] On vérifiera également que le diamètre cDc est inférieur au diamètre du plateau de manoeuvre de manière à autoriser le mouvement de la membrane 10 lors des opérations d'introduction et d'extraction du pneumatique à chaque cycle de cuisson. [35] De préférence, on s'arrange aussi pour que le concentrateur 60 soit monté de sorte que le flux de fluide caloporteur soit dirigé du côté du plateau de manoeuvre 11. Le flux le plus chaud apporte ainsi les calories en priorité sur la partie de l'enceinte la plus exposée aux pertes thermiques. [36] La partie de plus faible section de la paroi tronconique est ainsi placée du côté de l'entrée 41 du flux retour dans le ventilateur de circulation 40. [37] Le concentrateur 60 permet d'obtenir plusieurs effets simultanés. En concentrant et en canalisant le flux dans la direction axiale, on augmente la vitesse radiale du flux de fluide caloporteur et on réduit la mise en rotation de la masse de fluide comme cela est illustré à la figure 3. De plus, en augmentant la vitesse de sortie on force l'écoulement du flux le long de la membrane de cuisson et on augmente les échanges thermiques entre le flux chaud et le pneumatique. [038] Le concentrateur forme également une barrière permettant de limiter les retours de flux dans la partie basse correspondante à la zone t1 de la figure 3. [39] La figure 7 illustre une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle on dispose des moyens de redressement 70 en sortie du ventilateur 40. Ces moyens de redressement sont formés par des aubes fixes 70, chacune de ces aubes ayant une paroi externe formée de droites sensiblement parallèles à l'axe )0(' de l'enceinte. Les aubes 70 du redresseur de sortie sont disposées à la circonférence radialement externe des aubes 40 du ventilateur. [40] Les aubes du redresseur de sortie 70 ont pour effet d'orienter le flux dans la direction radiale de manière à contrecarrer la mise en rotation de la masse de fluide comme cela est illustré à la figure 3. [41] Bien évidemment, on pourra utilement combiner les moyens selon la première et la seconde forme de réalisation de l'invention en disposant simultanément un concentrateur de flux 60 et des aubes de redressement 70 en aval du ventilateur. Ces deux moyens pourront utilement être fixés l'un sur l'autre comme cela est illustré à la figure 9. [42] Pour améliorer la circulation du flux et renforcer l'action des moyens de canalisation, il est possible de placer un redresseur d'entrée 80, telle que représenté à la figure 10, dont les aubes peuvent aussi être désignées sous le terme de directrices d'entrée, permettant de concentrer axialement le flux entrant au niveau de l'orifice 40 et de le rediriger radialement en direction de l'entrée du ventilateur. On augmente ainsi le gavage à l'entrée du ventilateur et on améliore d'autant le rendement aéraulique de ce dernier et d'augmenter par voie de conséquence la vitesse relative du fluide en sortie du ventilateur. Ce redresseur d'entrée 80 permet également de compenser les pertes de charge engendrées par les moyens de chauffage 50 interposés en amont des aubes du ventilateur de circulation 40 [43] Dans le cas du dispositif représenté à la figure 8, les aubes du redresseur de flux d'entrée 80 sont fixes, mais il est tout à fait envisageable de conférer u mouvement rotatif à ces aubes de manière à augmenter l'effet hélico centrifuge. [44] La figure 11 illustre, en vue de dessus, plusieurs formes de réalisation des aubes du ventilateur de circulation 40 et du redresseur de sortie 70. La forme de ces aubes peut être optimisée dans le but d'aménager le flux en sortie de l'ensemble formé par le ventilateur de circulation et le redresseur de sortie. On pourra de manière connue, chercher à optimiser la vitesse de sortie ou encore l'orientation plus ou moins radiale de ce flux. [45] Ainsi, le centre de courbure des aubes 41 ou 42 peut être placé d'un côté ou de l'autre des aubes. [046] Les aubes du redresseur de sortie peuvent avoir un profil rectiligne 70 ou, pour un meilleur rendement aéraulique avoir un profil courbé 72, ou encore avoir un profil intermédiaire formé de lignes brisées 71. [47] Parmi toutes ces formes et combinaisons possibles, la forme représentée à la figure 12 présente un intérêt particulier. En effet, les aubes 73 (voir médaillon de la figure 12) ont des sections droites radialement croissantes SDi, SD2, SD3. [48] Il en résulte que, pour des aubes de hauteur axiale H constante, on peut s'arranger pour que la distance Ls entre deux aubes juxtaposée en aval du redresseur de sortie soit inférieure ou égale à la distance entre ces deux aubes en entrée dudit redresseur. La section aval SR du redresseur de sortie est alors inférieure ou égale à la section de sortie SF du ventilateur. Cette forme particulière permet d'accroitre la vitesse du flux en aval du redresseur de sortie. [49] Ces effets peuvent bien évidemment se combiner aux effets exposés ci-dessus et liés à la section de sortie du concentrateur, lorsque les deux moyens de canalisation des flux sont utilisés simultanément. [50] Il est également possible de tirer parti du caractère non mobile des moyens de canalisation selon l'invention, en ce qu'ils sont amenés à être en contact étroit avec le flux de fluide caloporteur. Aussi, il peut paraitre judicieux de placer les moyens de chauffage directement à l'intérieur des moyens de canalisation comme cela est représenté à la figure 14 où ces moyens de chauffage 51 sont implantés dans la paroi du concentrateur 60 et dans la paroi interne du plateau de manoeuvre 11. On observera que l'on peut obtenir des résultats équivalents en disposant ces éléments chauffants dans les aubes du redresseur de sortie en intégrant par exemple des moyens de chauffage électrique par effet joule. Ou combiner ces deux propositions. [51] Cette disposition particulière permet de réduire les pertes de charge en amont des aubes du ventilateur de circulation lorsque les éléments de chauffage sont placés en amont des pales du ventilateur de circulation comme cela est représenté à la figure 14. [52] Chacun des dispositifs de canalisation des flux tels qu'ils ont été exposés ci- dessus, considérés de manière isolée ou en combinaison les uns avec les autres, permettent de faire circuler le fluide caloporteur depuis les parois interne de la membrane où s'opèrent les échanges de calorie avec le pneumatique vers les moyens de chauffage comme cela est illustré à la figure 15. [53] Les zones de tourbillon dans lesquelles le fluide reboucle sur lui-même et se refroidit sont totalement supprimées, et les hétérogénéités de température constatées avec les moyens de l'état de la technique tels que ceux représentés à la figure 1 disparaissent. [54] La figure 16 représente une autre alternative dans la réalisation de l'enceinte de vulcanisation selon l'invention dans laquelle le flux en sortie du ventilateur de circulation est confiné entre deux parois tronconiques 60 et 64, montées sur le plateau de manoeuvre 11 par l'intermédiaire de tiges 63, et disposées de sorte que le flux de sortie soit concentré au niveau de l'équateur E de l'enceinte 1. [55] Les petits diamètres de chacune des parois tronconique sont disposés respectivement du côté de chacune des entrées 41 et 42 du flux de fluide caloporteur vers le ventilateur de circulation 40. En sortie du ventilateur de circulation, ces deux parois forment un convergent dont la section de sortie Sc = 7C X (I)c X H'c , est inférieure à la section de sortie du ventilateur de circulation et dirige le flux en direction de l'équateur E à une vitesse V supérieure à la vitesse de sortie du ventilateur de circulation. [56] Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque le pneumatique possède une bande de roulement de grande largeur par rapport à la hauteur de ses flancs. Elle permet en effet d'orienter le flux de fluide caloporteur chaud sur la zone la plus épaisse du pneumatique, laquelle requiert l'apport d'un plus grand nombre de calories. [57] Après avoir balayé le sommet de la membrane, le flux de fluide caloporteur se scinde en deux flux distincts dirigés respectivement vers la partie haute et vers la partie basse de l'enceinte. Toutefois, pour que cette solution soit la plus efficace il est nécessaire de bien régler les flux retours de manière à équilibrer les flux entrants dans le ventilateur de circulation respectivement par la partie supérieure 41 et par la partie inférieure 42. [58] De manière similaire aux configurations précédentes, il est possible de combiner les moyens de confinement (60, 64) à des moyens de redressement 70, montés entre les deux parois tronconiques ou encore avec des redresseurs d'entrée 80 comportant des aubes disposées axialement et orientés axialement respectivement vers chacune des entrées de flux 41 et 42. REVENDICATIONS1) Enceinte de vulcanisation (1) de la surface intérieure d'un pneumatique (P), l'intérieur de l'enceinte d'axe XX' comprenant des moyens de chauffage (50, 51), et un ventilateur de circulation (40) entrainé en rotation, de section de sortie donnée SF, et destinée à brasser un fluide caloporteur, caractérisée en ce que des moyens de canalisation (60, 70) du flux de fluide caloporteur sont disposés en sortie immédiate du ventilateur de circulation (40). 2) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de canalisation (60) du flux sont formés par un moyen de confinement non rotatif, apte à concentrer le flux de sortie dans la direction axiale (XX'). 3) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de confinement sont formés par au moins une paroi sensiblement tronconique (60) d'axe 15 XX'. 4) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 3, dans laquelle la ou les parois tronconiques (60) sont orientées de sorte que la ou les ouvertures de plus faible section soient disposées du côté de l'orifice d'entrée (41, 42) du flux de fluide caloporteur dans le ventilateur de circulation (40). 20 5) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 4, dans laquelle le petit diamètre de la paroi tronconique (cDF) est sensiblement égal au diamètre de la partie radialement externe du ventilateur de circulation (40), et dans laquelle le diamètre radialement externe ((TM et l'angle au sommet (a) de ladite paroi tronconique sont adaptés de sorte que la section (Se) en sortie du moyen de confinement (60) soit inférieure à la section de sortie 25 (SF) du ventilateur de circulation (40) et supérieure au quart (SF/4) de ladite section. 6) Enceinte de vulcanisation (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant deux parois tronconiques (60, 64) disposées de manière symétriques par rapport au plan équatorial (E) de l'enceinte, de sorte que le flux en sortie du ventilateur de circulation est concentré au niveau de l'équateur (E) de ladite enceinte (1). 30 7) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de canalisation du flux sont formés par des moyens de redressement (70) non rotatifs, aptes à orienter le flux de sortie du ventilateur de circulation dans la direction radiale de ladite l'enceinte (1). 8) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 7, dans laquelle les moyens de redressement (70) sont formés par des aubes, chacune ayant des parois dont la surface externe est générée par des droites sensiblement parallèles à l'axe XX. 9) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 8, dans laquelle, en projection dans un plan perpendiculaire à l'axe XX', les dites aubes (70) ont des sections (SDi, SD2, SD3) droites radialement croissantes. 10) Enceinte de vulcanisation (1) comprenant une combinaison des moyens de confinement (60) du flux de sortie du ventilateur de circulation (40) selon l'une des revendications 2 à 6, et des moyens de redressement (70) du flux de sortie du ventilateur de circulation (40) selon l'une des revendications 7 à 9. 11) Enceinte de vulcanisation (1) selon la revendication 10, dans laquelle les moyens de redressement (70) sont portés par les moyens de confinement (60). 12) Enceinte de vulcanisation (1) selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les moyens de chauffage (50) sont disposés axialement en amont du ventilateur de circulation (40). 13) Enceinte de vulcanisation (1) selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les moyens de chauffage (51) sont insérés dans les moyens de canalisation du flux. 14) Enceinte de vulcanisation (1) selon l'une des revendications 1 à 13, dans laquelle au moins un redresseur d'entrée (80) est disposé de manière à orienter axialement le fluide caloporteur au niveau de l'orifice d'entrée (41) du ventilateur de circulation (40), et à le rediriger radialement en direction de la partie amont dudit ventilateur de circulation. 15) Enceinte de vulcanisation (1) selon l'une des revendications 1 à 14, délimitée par les parties internes d'un plateau supérieur (12) et d'un plateau de manoeuvre (11), et d'une membrane de cuisson (10) dont les deux bourrelets (13, 14) sont fixés à la circonférence desdits plateaux.