Brevet FR3026043A1 — publié le 20160325

DISPOSITIF DE VULCANISATION POUR PNEUMATIQUE [1] L'invention concerne le domaine de la vulcanisation des pneumatiques et s'intéresse plus particulièrement aux dispositifs de vulcanisation comportant une enceinte pour la cuisson des pneumatiques. [2] De manière connue, un dispositif de vulcanisation comprend une enceinte de cuisson à l'intérieur de laquelle est installée une ébauche de pneumatique. Un fluide caloporteur, en général de l'eau chaude ou de la vapeur sous pression, circule dans le dispositif de vulcanisation entre une source d'approvisionnement et l'enceinte de cuisson. L'enceinte comprend en règle générale un moule rigide destiné à former l'empreinte de la partie extérieure du pneumatique. Une membrane souple et élastique, sous l'effet de l'augmentation de la pression du fluide caloporteur vient se plaquer contre la paroi interne du pneumatique pour permettre aux éléments de sculpture du moule de pénétrer en profondeur dans l'ébauche de pneumatique à vulcaniser. [3] Le fluide caloporteur est introduit à haute température et haute pression à l'intérieur de la membrane souple de manière à la plaquer sur l'ébauche de pneumatique et à échanger des calories avec celle-ci par l'intermédiaire de la membrane afin de mouler l'ébauche de pneumatique dans les sculptures du moule rigide. La pression et la température doivent être maintenues à des valeurs préétablies pendant la durée de vulcanisation du pneumatique. Il a été constaté que lors de l'emploi de la vapeur saturée ou de l'eau chaude, une température élevée doit être maintenue à l'intérieur de la membrane pendant toute la durée de la vulcanisation. Par ailleurs, à des valeurs élevées de la pression, la température monte jusqu'à des valeurs trop élevées qui posent problèmes de surcuisson de l'ébauche si elle est maintenue pendant une durée de cuisson complète. [4] Une solution à ces problèmes a été décrite dans le document US 43700283 qui utilise comme fluide caloporteur un mélange de vapeur d'eau et un gaz inerte à base d'azote, dans lequel la vapeur d'eau est le vecteur de température et le gaz inerte le vecteur de pression. Selon ce document, on introduit initialement dans la membrane souple la vapeur à pression atmosphérique et à la température de cuisson pendant quelques minutes, on arrête ensuite l'alimentation en vapeur pour y introduire le gaz inerte à haute pression pour plaquer l'ébauche contre les empreintes du moule. Toutefois, afin de pouvoir transférer de manière uniforme les calories à la membrane, et donc à l'ébauche de pneumatique à vulcaniser, le gaz inerte doit être uniformément mélangé avec la vapeur d'eau à l'intérieur de la membrane. [005] On connaît par ailleurs du document JP08-080530 un procédé de vulcanisation de pneumatique dans lequel, pour mélanger la vapeur et l'azote, on injecte en premier la vapeur d'eau à l'intérieur de la membrane, suivie par l'injection de l'azote et de plusieurs étapes d'agitation du mélange à l'intérieur de la membrane. Ce procédé de mise en oeuvre du mélange à plusieurs phases successives d'injection suivies de l'évacuation de condensats collectés au fond de la membrane, s'avère toutefois moins productif et complexe à mettre en oeuvre. [006] Pour remédier à ceci, le document ON 2389056 propose une autre solution selon laquelle la vapeur d'eau et l'azote sont injectés simultanément à l'intérieur de la membrane de cuisson. Selon ce document, on envoie l'azote selon une direction oblique orientée vers la partie supérieure de la membrane et la vapeur d'eau selon une direction horizontale à l'intérieur de la membrane. L'azote étant plus lourd que la vapeur d'eau, il retombe ensuite sur la vapeur qui se trouve en partie basse de la membrane. Toutefois, le mélange obtenu n'est pas homogène, car les deux gaz se stratifient, et, de ce fait, la température à l'intérieur de la membrane également, ce qui a comme conséquence des défauts de cuisson du pneumatique. De surcroît, une poche de condensats se forme au fond de la membrane, condensats qui doivent être évacués via un tuyau souple agencé à l'intérieur de celle-ci. Ceci complique la structure de la partie centrale du moule et a également des conséquences sur la productivité du procédé de vulcanisation. [007] L'objectif de l'invention est de fournir un dispositif de vulcanisation apte à remédier à ces inconvénients. [008] Cet objectif est atteint avec un dispositif de vulcanisation pour pneumatique comportant une partie centrale de support d'une membrane de cuisson destinée à venir se plaquer contre la partie interne d'un pneumatique, à l'intérieur d'un moule, la partie interne de la membrane définissant une enceinte de vulcanisation dans laquelle circule un fluide caloporteur sous pression, caractérisée en ce qu'il comprend un injecteur disposé sur le trajet du fluide caloporteur, à l'extérieur de l'enceinte de vulcanisation, et qui est réalisé de manière à mélanger un fluide caloporteur et un gaz sous pression. [9] Selon l'invention, on utilise un injecteur pour réaliser le mélange de fluide caloporteur avec un gaz sous pression avant de l'envoyer dans la membrane de cuisson. Le fluide caloporteur apporte les calories nécessaires lors de la cuisson et le gaz sous pression apporte la pression ou le complément de pression nécessaire à l'atteinte des valeurs des paramètres (température et pression) du mélange pour réaliser la vulcanisation du pneumatique. Le fluide caloporteur et le gaz sous pression sont choisis de manière à pouvoir régler leurs paramètres de température et de pression de manière indépendante et l'injecteur permet de bien les mélanger avant de les envoyer à l'intérieur de la membrane de cuisson. Le mélange étant homogène, il permet de transmettre les calories de manière homogène à l'ébauche de pneumatique et d'obtenir une cuisson uniforme du pneumatique. [10] De préférence, le fluide caloporteur en provenance d'un conduit d'alimentation est mélangé avec le gaz sous pression sortant de la membrane.. [011] Ainsi, on envoie initialement le gaz sous pression à l'intérieur de la membrane, afin de réaliser une première mise sous pression pour un prémoulage de l'ébauche de pneumatique, ensuite on introduit le fluide caloporteur dans l'injecteur qui apporte les calories et le complément de pression nécessaires à la cuisson. Ceci permet d'obtenir une température uniforme à l'intérieur de la membrane de cuisson dès le début de la cuisson. [012] Avantageusement, ledit injecteur réalise un mélange en continu durant au moins une partie du temps de cuisson et de préférence pendant toute la durée de cuisson du pneumatique. On peut, dans un mode de réalisation, utiliser l'injecteur pour envoyer le mélange de fluide caloporteur et gaz sous pression à l'intérieur de la membrane en début de cuisson. On préfère utiliser l'injecteur de l'invention afin d'envoyer ce mélange à l'intérieur de la membrane pendant toute la durée de cuisson du pneumatique. Ceci permet de brasser en continu le fluide caloporteur et le gaz sous pression, ce qui évite la stratification de ceux-ci et permet d'obtenir une température uniforme du mélange durant la cuisson et d'évacuer les condensats. [013] Avantageusement, ledit injecteur comprend un tube à effet Venturi raccordé aux conduits d'entrée et de sortie du fluide caloporteur de la membrane. Le tube à effet Venturi permet un mélange uniforme de deux fluides basé uniquement sur une différence de pression des deux fluides à l'intérieur du tube. On évite ainsi l'utilisation d'une pompe ou autre dispositif mélangeur nécessitant une alimentation électrique. [14] De préférence, ledit tube à effet Venturi comprend un cône convergent d'éjection communiquant avec un cône convergent de mélange du gaz sous pression avec le fluide caloporteur, ledit cône de mélange communiquant avec l'entrée dans la membrane via, un cône divergent d'injection. Ceci permet de mélanger le fluide caloporteur et le gaz à l'extérieur de la membrane et d'envoyer le mélange sous pression à l'intérieur de la membrane. [15] Avantageusement, ledit fluide caloporteur est la vapeur d'eau et le gaz sous pression est choisi parmi : l'azote, l'hydrogène ou l'air comprimé, pris seuls ou en combinaison. On choisit la vapeur pour des raisons économiques de chauffage et le gaz sous pression pour pouvoir régler sa pression indépendamment de la température. On préfère choisir un gaz inerte, tel l'azote afin de protéger la membrane de cuisson et de prolonger ainsi sa durée de vie. [016] L'objectif de l'invention est également atteint avec un procédé de vulcanisation utilisant un dispositif selon l'invention comportant une étape dans laquelle on réalise, à l'aide d'un injecteur, le mélange d'un fluide caloporteur et un gaz sous pression avant de l'envoyer à l'intérieur de la membrane de cuisson. [17] Avantageusement, on réalise une circulation dudit mélange en continu via ledit injecteur durant au moins une partie du temps de cuisson du pneumatique et de préférence durant toute la durée de cuisson du pneumatique. [18] De préférence, ledit mélange est porté, pendant tout ou partie du cycle de vulcanisation, à une température comprise entre 150 et 205t et à une pression comprise entre 14 et 18 bars. Il a été constaté lors des test effectués en laboratoire que l'injecteur de l'invention permet d'obtenir un mélange homogène de vapeur d'eau et d'azote à ces valeurs des paramètres nécessaires à la cuisson d'un pneumatique, tel qu'utilisé pour un véhicule de tourisme ou de poids lourd. [19] La description qui suit s'appuie sur les figures 1 à 2 dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'un dispositif de vulcanisation comprenant un injecteur selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe schématique de l'injecteur de l'invention. [20] Le dispositif de vulcanisation 1 représenté à la figure 1 comprend une membrane 2 de cuisson souple qui coopère de façon connue avec un moule 4 rigide destiné à conférer sa forme extérieure au pneumatique. Le moule 4 proprement dit est formé de deux coquilles 5, 6 destinées à mouler les flancs du pneumatique et par des secteurs annulaires 7 destinés à mouler la bande de roulement. Les secteurs annulaires 7 sont animés en un mouvement de translation radiale lorsqu'ils sont entraînés en mouvement par une couronne annulaire 8 via un plateau 9 de la presse mû axialement par un vérin de celle-ci. Les surfaces internes des coquilles 5,6 et des secteurs annulaires 7 définissent en semble une enceinte de forme générale toroïdale ayant un axe de révolution X-X'. [21] La partie centrale 10 du moule 4 comprend un axe de manoeuvre 12, concentrique à l'axe de révolution )0(' de l'enceinte, destiné à animer les plateaux supérieur 14 et inférieur 15 lors des phases d'introduction et d'extraction du pneumatique. La membrane 2 de cuisson est fixée par ses bourrelets supérieur et inférieur au plateau supérieur 14 et au plateau inférieur 15. Le plateau supérieur 15 est actionné en un mouvement de translation axiale par un vérin hydraulique 16 pour assurer les mouvements de la membrane 2 entre une position pliée de celle-ci lors de l'introduction d'une ébauche de pneumatique à l'intérieur de l'enceinte du moule et de l'extraction du pneumatique en fin de cuisson, et une position de mise en tension de celle-ci à l'intérieur de l'ébauche en vue de la cuisson. Lors de la cuisson, la membrane 2 est expansée pour plaquer le pneumatique contre les empreintes des secteurs annulaires 7 et des coquilles 5, 6, la partie interne de la membrane délimitant ainsi une enceinte de vulcanisation 3 à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur. [22] Le plateau inférieur 15 de la partie centrale 10 supporte une plaque de diffusion 18 comportant plusieurs orifices 19 uniformément distribués sur sa circonférence. Les orifices communiquent avec une chambre annulaire 20 de distribution du fluide caloporteur. La chambre annulaire présente une entrée 22 et une sortie 24 de fluide reliées, la première à un conduit d'entrée 26 et la seconde à un conduit de sortie 28 du fluide caloporteur. La circulation du fluide caloporteur entre l'entrée 22 et la sortie 24 et ses paramètres de temps et température sont gérés par une unité de commande 50 via un injecteur 30 de l'invention et un circuit de fluide 53 généralement connu, tel qu'il sera expliqué par la suite. L'unité de commande 50 comporte une alimentation en énergie 52, une mémoire interne de stockage des données et un logiciel de gestion d'un cycle de fonctionnement du dispositif de vulcanisation. L'entrée dans l'unité de commande 50 reçoit des données en provenance des capteurs de pression et de température du dispositif 1 et la sortie de l'unité de commande 50 est reliée aux différentes soupapes du circuit de fluide 53 dont elle commande l'ouverture et la fermeture. [23] La structure et le fonctionnement de l'injecteur 30 de l'invention seront expliqués en référence à la figure 2. L'injecteur 30 est un injecteur à effet Venturi qui comprend un corps 35 comportant une première tubulure 36, une deuxième tubulure 37 parallèles entre elles et reliées ensemble par une troisième tubulure transversale 38, ces tubulures définissant un espace de circulation de fluide à l'intérieur du corps 35. [24] Le corps 35 comprend une ouverture d'entrée 31 de fluide qui est mise en communication via des raccords (non représentés sur les figures) avec un conduit d'arrivée de fluide sous pression qui entre en suivant la direction de la flèche A à l'intérieur du corps 35 de l'injecteur. Le fluide arrive dans un cône d'éjection 40 convergent qui débouche sur un cône de mélange 41 convergent. La sortie du cône de mélange 42 est reliée à l'entrée dans un cône d'injection 42 divergent d'où il ressort par une ouverture de sortie 32. L'ouverture de sortie 32 est reliée par des raccords (non représentés) au conduit d'entrée 26 de fluide dans la membrane 2. [25] La deuxième tubulure 37 comprend une ouverture d'entrée 33 de fluide qui est mise en communication via des raccords (non représentés sur les figures) avec un conduit d'arrivée de fluide sous pression en provenance de la membrane 2 à l'intérieur du corps 35. La deuxième tubulure 37 comprend une ouverture de sortie 34 de fluide en direction de la flèche B et un passage de communication 39 avec la tubulure transversale 38. L'ouverture de sortie 34 est reliée par des raccords (non représentés) à un conduit de récupération de condensats du circuit de fluide 53 du dispositif de vulcanisation 1. [26] On va expliquer dans ce qui suit le fonctionnement du dispositif de vulcanisation 1 de l'invention. On introduit une ébauche de pneumatique à l'intérieur du dispositif, l'ébauche étant maintenue dans la presse à l'aide de la membrane dans un état de préconformation à l'aide de la vapeur jusqu'à la fermeture de la presse. La vapeur est envoyée directement à l'intérieur de la membrane par un conduit dérivé (non représenté). [27] On procède ensuite à une étape de prémoulage dans laquelle on introduit la quantité nécessaire d'azote en vue d'atteindre les consignes de pression et de température préétablies nécessaires lors de la phase suivante de cuisson. L'azote est introduit directement à l'intérieur de la membrane par un conduit dérivé (non représenté) jusqu'à une valeur de la pression de consigne de prémoulage pl qui est en fonction de la température de cuisson. Dans une variante, l'introduction d'azote peut se faire également via l'injecteur 30 dans cette étape. [28] La température de consigne lors de la cuisson correspond à une pression donnée selon la diagramme de Mollier. Ainsi, dans un exemple de réalisation, on établit, pour la phase de cuisson, la valeur de consigne de la pression p en phase de cuisson à 16bar et la valeur de consigne de la température à 179°C. Pour une température de cuisson de 179°C, la pression de vapeur selon le diagramme de Mollier ID, est de 9 bar. De ce fait, la pression de prémoulage de l'azote est pi= Ppm, égale à 7bar dans cet exemple. [29] Lorsque la valeur de consigne de la presssion en phase de prémoulage est atteinte, l'unité de commande 50 commande l'arrêt de l'alimentation en azote et l'envoi de vapeur à l'intérieur de la membrane 2 via l'injecteur 30, selon la flèche A. L'alimentation en vapeur par l'injecteur 30 permet une aspiration de l'azote en sortie de la membrane par effet Venturi et une homogénéisation du mélange azote-vapeur. En passant par la buse de sortie de section réduite du cône d'éjection 40, le flux de vapeur à haute pression 44 est accéléré et aspire le flux d'azote 45 de la tubulure 38 dont une partie 46 arrive dans le cône de mélange 41 et se mélange avec la vapeur. Le mélange de vapeur et d'azote 47 ainsi obtenu est injecté dans la membrane 2 à travers le cône d'injection 42, la tubulure 26 et les orifices 19. Les éventuels condensats quittent la deuxième tubulure 37 par l'orifice de sortie 34 et sont collectés dans une bouteille de stockage de condensats (non représentée). Ainsi, l'injecteur 30 de l'invention permet, pendant toute la durée d'alimentation en vapeur, d'assurer une circulation et un mélange continu de vapeur et d'azote, ce qui permet d'éviter la stratification du mélange vapeur-azote dans la membrane. Le mélange 47 ainsi obtenu est homogène et permet une cuisson homogène du pneumatique dans tous les points de contact avec la membrane 2. [30] Une fois la valeur de consigne de cuisson est atteinte en pression, on met en place une régulation permettant d'atteindre la température de consigne en régulant la valeur de la pression au seuil de la cuisson. Pour ceci, des injections de vapeur ou d'azote, voire des purges de mélange lorsque nécessaire, se font au travers de l'injecteur 30 de manière à maintenir le brassage du mélange azote-vapeur contenu dans la membrane et à garantir l'homogénéité du mélange durant la cuisson. La régulation se fait en continu entre deux seuils de pression, pi',' et pmax, et permet d'avoir tout au long de la durée de cuisson un mouvement du fluide à l'intérieur de la membrane et d'éviter la stratification de l'azote et de remuer et d'évacuer les condensats de la partie inférieure de la membrane 2. [031] Dans un exemple de réalisation, les tubulures 37, 38 ont un même diamètre interne qui est égal au diamètre interne de l'entrée 31 et de la sortie 32 de la tubulure 36. Le diamètre de l'orifice d'entrée dans le cône de mélange 42 est égal à environ deux fois le diamètre de l'orifice de sortie du cône d'éjection 40 et à environ quatre fois le diamètre interne des tubulures 37, 38. [032] A la fin de la cuisson, on réalise la décompression de la membrane et on vidange le mélange par gravité en direction d'une bouteille de réception de condensats, en direction de la flèche B. On ouvre ensuite le dispositif 1 et on évacue le pneumatique. [033] D'autres variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de ses revendications. Ainsi, tout autre gaz inerte ou mélange de gaz inertes (tel un mélange azote et hydrogène) peuvent être utilisés à la place de l'azote. Dans une variante, on envoie le mélange dans la membrane en début de cuisson, puis on régule la température entre deux seuils de pression de manière intermittente, à des intervalles de temps prédéfinis. Dans encore une autre variante, on envoie le mélange dans la membrane à l'aide de l'injecteur de l'invention uniquement en début de cuisson, puis on maintient les conditions initiales de température et pression durant la cuisson. REVENDICATIONS1) Dispositif de vulcanisation (1) pour pneumatique comportant une partie centrale (10) de support d'une membrane (2) de cuisson destinée à venir se plaquer contre la partie interne d'un pneumatique, à l'intérieur d'un moule (4), la partie interne de la membrane (2) définissant une enceinte (1) de vulcanisation dans laquelle circule un fluide caloporteur sous pression, caractérisée en ce qu'il comprend un injecteur (30) disposé sur le trajet du fluide caloporteur, à l'extérieur de l'enceinte de vulcanisation, et qui est réalisé de manière à mélanger un fluide caloporteur et un gaz sous pression. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide caloporteur en provenance d'un conduit d'alimentation est mélangé avec le gaz sous pression sortant de la membrane (2). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit injecteur (30) réalise un mélange en continu pendant au moins une partie de la durée de cuisson du pneumatique du fluide caloporteur et du gaz sous pression. 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit injecteur (30) comprend un tube à effet Venturi raccordé aux conduits d'entrée (26) et de sortie (28) de la membrane (2). 5) Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit tube à effet Venturi comprend un cône convergent d'éjection (40) communiquant avec un cône convergent de mélange (41) du gaz sous pression avec le fluide caloporteur, ledit cône de mélange (41) communiquant avec l'entrée dans la membrane via un cône divergent d'injection (42). 6) Dispositif selon l'une de revendications précédentes, dans lequel ledit fluide caloporteur est la vapeur d'eau et le gaz sous pression est choisi parmi : l'azote, l'hydrogène ou l'air comprimé, pris seuls ou en combinaison. 7) Procédé de vulcanisation utilisant un dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes comportant une étape dans laquelle on réalise, à l'aide d'un injecteur (30), le mélange d'un fluide caloporteur et un gaz sous pression avant de l'envoyer à l'intérieur de la membrane (2) de cuisson. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on réalise une circulation dudit mélange en continu via ledit injecteur durant au moins une partie du temps de cuisson du pneumatique. 9) Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur est la vapeur d'eau et le gaz sous pression est choisi parmi : l'azote, l'hydrogène ou l'air comprimé, pris seuls ou en combinaison. 10) Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel ledit mélange est porté, pendant tout ou partie du cycle de vulcanisation, à une température comprise entre 150 et 205°C et à une pression comprise entre 14 et 18 bars.