Brevet FR3027548A1 — publié le 20160429

Mécanisme de commande d'ouverture de moule à axe double L'invention a trait à la commande d'ouverture des moules portefeuilles. Un moule portefeuille comprend classiquement deux demi- moules montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière commune entre une position fermée où les demi-moules sont appliqués l'un contre l'autre et une position ouverte dans laquelle les demi-moules sont écartés angulairement l'un de l'autre. On trouve couramment ce type de moule dans les machines de fabrication de récipients par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches en matière plastique. Dans la position ouverte, les demi-moules permettent le chargement d'une ébauche, qui a été préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière (environ 80°C pour le polyéthylène téréphtalate ou PET). Réunis en position fermée, les demi-moules définissent conjointement l'empreinte du récipient à former. Le moule est généralement monté, avec une série de moules similaires, à la périphérie d'un carrousel tournant pour former une machine industrielle de fabrication de récipients en série. L'ouverture et la fermeture de chaque moule est classiquement commandée par un mécanisme dont un exemple de réalisation est proposé par le brevet français FR 2 843 714 (Sidel) et son équivalent américain US 7 249 944. Ce mécanisme comprend deux biellettes de même longueur couplées chacune en rotation à l'avant (côté moule) à un demi-moule respectif, et réunies à l'arrière (côté carrousel) en étant mutuellement articulées autour d'un axe commun. Un système d'actionnement commande le déplacement radial de l'axe commun des biellettes. Ce système comprend un levier (appelé bielle dans le brevet) portant, à une extrémité, un galet circulant sur une came, et une manivelle (appelée bras de commande) solidaire de la bielle par une première extrémité, et couplée par une extrémité opposée à l'axe commun d'articulation des biellettes. Le mouvement radial du galet, suivant la position angulaire du moule par rapport au bâti du carrousel, provoque le pivotement solidaire du levier et de la manivelle autour de leur axe de rotation, et le déplacement, suivant un arc de cercle, de l'axe commun des S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD biellettes, qui provoque l'ouverture (ou la fermeture) du compas et, par voie de conséquence, la fermeture respective (ou l'ouverture) du moule. Ce mécanisme équipe aujourd'hui de nombreuses machines de fabrication de récipients, dont les cadences de production atteignent plusieurs dizaines de milliers de récipients par heure. Le temps de cycle de formage, entre l'instant où l'ébauche est introduite dans le moule, et l'instant où le récipient formé est évacué du moule, est généralement inférieur à 2,5 secondes. Pour chaque moule dont est pourvue la machine, le nombre de cycles (comprenant une ouverture et une fermeture du moule) effectués chaque heure est supérieur à 1 500. Ainsi, pour une machine fonctionnant par hypothèse sur deux tranches de huit heures par jour (on suppose que la souffleuse est en arrêt au cours de la troisième tranche, pour diverses opérations de maintenance ou de réglage), sept jours par semaine tout au long de l'année, chaque moule équipant cette machine effectue chaque année un nombre de cycle supérieur à huit millions. On comprend donc que le mécanisme d'ouverture et fermeture du moule soit un composant critique, sur le bon fonctionnement duquel repose en grande partie la fiabilité et la durabilité de la machine. C'est pourquoi les pièces de ce mécanisme doivent être correctement dimensionnées afin d'améliorer leur tenue à la fatigue, et bien lubrifiées pour améliorer leur résistance à l'usure. Les efforts d'ouverture et de fermeture du moule sont transmis par la came au galet, puis aux biellettes via le levier et la manivelle. On constate, dans les mécanismes du type décrit dans le brevet FR 2 843 714, des pics d'efforts importants dans le galet, notamment à l'ouverture du moule. Des mesures effectuées à l'aide de jauges de contraintes montrent que ces pics d'efforts peuvent atteindre, voire dépasser, 1800 N. Comme évoqué ci-dessus, on peut certes dimensionner en conséquence le galet, le levier, la manivelle et les biellettes, mais il en résulte un accroissement des masses embarquées, au détriment du poids de la machine, de son inertie et donc de l'énergie consommée pour en assurer le fonctionnement aux cadences requises. Un objectif de l'invention est de proposer un mécanisme dont 35 l'architecture permette de réduire les efforts, de sorte à limiter la fatigue et l'usure des pièces mobiles, et afin également de réduire les masses embarquées. S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD Un autre objectif de l'invention est de proposer un mécanisme garantissant une meilleure précision dans la commande d'ouverture et de fermeture du moule. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un mécanisme de commande d'ouverture et de fermeture d'un moule portefeuille comprenant un demi-moule droit et un demi-moule gauche montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière commune entre une position fermée où les demi-moules sont appliqués l'un contre l'autre et une position ouverte dans laquelle les demi-moules sont écartés angulairement l'un de l'autre, ce mécanisme comprenant : une biellette droite couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule droit autour d'un axe externe droit ; une biellette gauche couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule gauche autour d'un axe externe gauche ; - un système d'actionnement comprenant une manivelle articulée autour d'un axe de rotation fixe par rapport à la charnière du moule et couplée en rotation à la biellette droite et à la biellette gauche autour, respectivement, d'un axe interne droit et d'un axe interne gauche espacés l'un de l'autre. Cet espacement des axes internes des biellettes permet de limiter les efforts dans les pièces mobiles (de l'ordre de 25%), et donc de les dimensionner de manière raisonnable, au bénéfice d'un allègement des masses embarquées. En outre, il a été constaté que cette architecture permet d'améliorer la précision de la commande d'ouverture et de fermeture du moule. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : l'axe de rotation de la manivelle, l'axe interne droit et l'axe interne gauche sont coplanaires ; l'axe interne droit est plus proche de l'axe de rotation de la manivelle que l'axe interne gauche ; la biellette droite présente un entraxe inférieur à celui de la biellette gauche ; les distances des axes externes à la charnière sont identiques ; - le système d'actionnement comprend un levier de commande solidaire de la manivelle et portant un suiveur de came qui coopère S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD avec un chemin de came, ou un moteur couplé à l'axe de rotation de la manivelle et entraînant celle-ci en rotation ; le mécanisme comprend au moins deux biellettes droites superposées et au moins deux biellettes gauches superposées. Il est proposé, en deuxième lieu, une unité de moulage de récipients, qui comprend un moule portefeuille comprenant un demi-moule droit et un demi-moule gauche montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière commune entre une position fermée où les demi-moules sont appliqués l'un contre l'autre et une position ouverte dans laquelle les demi-moules sont écartés angulairement l'un de l'autre, et un mécanisme de commande d'ouverture du moule portefeuille, tel que décrit ci-dessus. Il est proposé, en troisième lieu, une machine de fabrication de récipients qui comprend un carrousel et une pluralité de telles unités de moulage, montées sur le carrousel. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective montrant partiellement une machine de fabrication de récipients, cette vue étant centrée sur une unité de moulage équipée d'un moule représenté en position fermée ; la figure 2 est une vue en perspective montrant l'unité de moulage suivant une autre orientation ; - la figure 3 est une vue de l'unité de moulage des figures 1 et 2, représentée suivant encore une autre orientation et sans sa console de support du moule ; la figure 4 est une vue de dessus de l'unité de moulage de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue similaire à la figure 1, montrant l'unité de moulage en position ouverte du moule ; la figure 6 est une vue similaire à la figure 3, montrant l'unité de moulage en position ouverte du moule ; la figure 7 est une vue similaire à la figure 4, montrant l'unité de moulage en position ouverte du moule ; S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD la figure 8 est un diagramme sur lequel sont tracées des courbes d'efforts nécessaires à l'ouverture du moule ; la figure 9 est une vue de détail du mécanisme de commande, suivant une variante de réalisation. Sur les figures 1, 2 et 5 est partiellement représentée une machine 1 de fabrication de récipients par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches en matière plastique tel que PET. Cette machine 1 comprend un carrousel tournant et une série d'unités 2 de moulage montées en étoile sur le carrousel, à une périphérie de celui-ci. Dans ce qui suit, les termes « externe » et « avant » désignent une localisation éloignée de l'axe de rotation de la machine 1, tandis que les termes « interne » et « arrière » désignent a contrario une localisation relativement plus proche de l'axe de rotation de la machine I. On a représenté par la flèche R le sens de rotation de la machine 1, qui correspond au sens trigonométrique (ou antihoraire) sur les figures. Les termes « droit » et « gauche » sont employés pour qualifier des éléments de structure ou de fonction similaires mais localisés respectivement en amont et en aval dans le sens de rotation de la machine 1, c'est-à-dire respectivement à droite et à gauche des figures 4 et 6. Chaque unité 2 de moulage, dont une seule est illustrée, comprend une console 3 fixée de manière rigide (par ex. au moyen de vis) sur le carrousel, et un moule 4 monté sur la console 3. Le moule 4 est du type portefeuille et comprend un demi-moule 5 droit (à droite sur les figures 4 et 7) et un demi-moule 6 gauche (à gauche sur les figures 4 et 7) dans chacun desquels est formée en creux, à partir d'une face 7, 8 interne plane respective, une demi-empreinte 9 de la paroi latérale (ou corps) du récipient final. Comme on le voit sur la figure 5, le moule 4 comprend en outre un fond 10 de moule, monté en translation verticale et dans lequel est formée une empreinte du fond du récipient final. Les demi-moules 5, 6 sont montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière 11 commune solidaire de la console 3, entre : S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD une position fermée où les faces 7, 8 internes des demi-moules 5, 6 sont appliquées l'une contre l'autre figures 1 à 4) pour former un plan 12 de joint, et une position ouverte dans laquelle les demi-moules 5, 6 sont écartés angulairement l'un de l'autre (figures 5 à 7), leurs faces 7, 8 internes formant respectivement avec le plan 12 de joint (en trait mixte sur la figure 7) un angle A et un angle B. Comme on le voit sur les figures 1 et 5, le demi-moule 5 droit porte un dispositif 13 de verrouillage du moule 4, qui comprend une série de pênes 14 coulissants propre à venir se loger, en position fermée du moule 4, dans des gâches 15 formées sur le demi-moule 6 gauche. Ce dispositif 13 de verrouillage alourdit le demi-moule 5 droit, qui présente par conséquent une masse supérieure à celle du demi-moule 6 gauche. Cette différence de masse (et donc d'inertie) a une importance, comme nous le verrons ci-après. L'unité 2 de moulage comprend en outre un mécanisme 16 de commande d'ouverture et de fermeture du moule 4 portefeuille. Ce mécanisme 16 comprend, en premier lieu, une paire de biellettes, à savoir : une biellette 17 droite couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule 5 droit autour d'un axe 18 externe droit solidaire d'une oreille 19 droite en saillie à l'arrière du demi-moule 5 droit ; une biellette 20 gauche couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule 6 gauche autour d'un axe 21 externe gauche solidaire d'une oreille 22 gauche en saillie à l'arrière du demi- moule 6 gauche. Le mécanisme 16 comprend, en deuxième lieu, un système 23 d'actionnement comprenant une manivelle 24 articulée autour d'un axe 25 de rotation fixe par rapport à la charnière 11 du moule et couplée en rotation aux biellettes 17, 20, et plus précisément : à la biellette 17 droite par une extrémité arrière de celle-ci, autour d'un axe 26 interne droit ; à la biellette 20 gauche par une extrémité arrière de celle-ci, autour d'un axe 27 interne gauche. La biellette 17 droite présente un entraxe, c'est-à-dire une distance entre son axe 18 externe droit et son axe 26 interne droit, noté L1. De S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD manière similaire, la biellette 20 gauche présente un entraxe, c'est-à-dire une distance entre son axe 21 externe gauche et son axe 27 interne gauche, noté L2. Selon un mode de réalisation préféré illustré sur la figure 4, les axes 18, 21 externes sont parallèles entre eux et à la charnière 11 du moule, dont ils sont équidistants. On note L3 la distance des axes 18, 21 externes à la charnière 11 (c'est-à-dire à l'axe de rotation défini par celle-ci). Comme on le voit bien sur la figure 2, l'axe 25 de rotation de la manivelle 24 est monté dans une fusée 28 solidaire de (ou intégrée à) la console 3. La manivelle 24 s'étend à partir d'une extrémité supérieure de l'axe 25. Comme on le voit bien sur les figures 3 et 6, le système 23 d'actionnement comprend un suiveur 29 de came qui coopère avec un chemin 30 de came (que l'on dénomme ci-après plus simplement came), solidaire d'un bâti fixe de la machine 1 et qui s'étend en boucle fermée autour de l'axe central de rotation de la machine 1. En fonctionnement, l'unité 2 de moulage se déplace le long de la came 30, qui demeure fixe. Dans l'exemple illustré, le suiveur 29 de came se présente sous forme d'un galet, de préférence monté sur roulement. Le système 23 d'actionnement comprend un levier 31 solidaire de l'axe 25, qui s'étend à partir d'une extrémité inférieure de celui-ci et à une extrémité duquel est monté le galet 29. Comme illustré sur les figures, et plus visiblement sur les figures 1, 2, 3, 5 et 6, la came 30 se présente sous forme d'une rainure à section rectangulaire, le galet 29 circulant dans cette rainure, en appui contre une face 32 externe ou une face 33 interne de la came 30 selon qu'il s'agisse d'accélérer ou de freiner le mouvement d'ouverture (ou de fermeture) des demi-moules 5, 6. La rotation du levier 31 sous l'action de la came 30 sur le galet provoque la rotation solidaire de la manivelle 24 et l'ouverture du moule 4 via les biellettes 17, 20, comme il sera expliqué plus en détail ci-après. Selon un mode de réalisation préféré, l'axe 26 interne droit et l'axe 27 interne gauche sont parallèles entre eux et à l'axe 25 de rotation de la manivelle 24. En outre, comme on le voit bien sur les figures, l'axe 26 interne droit et l'axe 27 interne gauche sont espacés l'un de l'autre. On note D1 la distance de l'axe 26 interne droit à l'axe 25 de rotation S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD de la manivelle 24, 02 la distance de l'axe 27 interne gauche à l'axe 25 de rotation de la manivelle 24, et E l'écartement des axes 26, 27 internes. Selon un mode préféré de réalisation, l'axe 25 de rotation de la manivelle 24, l'axe 26 interne droit et l'axe 27 interne gauche sont coplanaires. En d'autres termes, les points d'intersection des axes 25, 26, 27 avec un plan perpendiculaire (horizontal) sont alignés. Comme on le voit sur les figures, l'axe 26 interne droit est plus proche de l'axe 25 de rotation de la manivelle 24 que l'axe 27 interne gauche. En d'autres termes, D1 La rotation du carrousel dans le sens indiqué par la flèche R (la came 30 restant fixe) entraîne celle de la console 3 et de l'ensemble de l'unité 2 de moulage par rapport à la came 30, jusqu'à ce que le galet atteigne une portion 30B de la came 30, localement décalée radialement vers l'intérieur par rapport à la portion 30A périphérique. Dès lors, le dispositif 13 de verrouillage est commandé pour que les pênes 14 se désolidarisent des gâches 15 pour déverrouiller le moule 4. Le galet 29 vient alors en appui contre la face 32 externe de la came 30 qui le sollicite vers l'intérieur, dans le sens indiqué par la flèche S. Le galet 29 entraîne solidairement en rotation le levier 31 et, via l'axe 25, la manivelle 24 dont la rotation induit un effort de traction aux axes 18, 21 via les biellettes 17, 20 qui tend à ouvrir le demi-moule 5 droit et le S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD demi-moule 6 gauche dans les sens opposés indiqués par les flèches T1, T2. La géométrie du mécanisme 16 de commande d'ouverture et fermeture induit une ouverture asymétrique du moule 4. En effet, on constate que l'angle A d'ouverture du demi-moule 5 droit est inférieur à l'angle B d'ouverture du demi-moule 6 gauche, dans un rapport de 1 à 2 environ. On a tracé sur la figure 8 : en trait plein, une courbe représentant les variations de l'effort induit sur le galet 29 lors d'une phase complète d'ouverture du moule 4 au moyen du mécanisme 16 de commande d'ouverture et fermeture, en fonction de l'angle de l'unité 2 de moulage sur le carrousel de la machine 1 (par convention l'angle nul est celui à partir duquel débute l'ouverture du moule 4) ; - en pointillés, une courbe représentant les variations de cet effort lorsque l'ouverture du moule est réalisée au moyen d'un mécanisme ordinaire. On voit bien que le travail à fournir (égal à l'aire sous chaque courbe) est inférieur dans le cas du mécanisme 16 décrit ci-dessus et illustré sur les figures 1 à 7, alors même que l'angle d'ouverture est identique. Cela découle de l'architecture du mécanisme 16, grâce auquel, à ouverture angulaire égale du moule 4, la course angulaire du demi-moule 5 le plus lourd est plus faible que celle du demi-moule 6 le plus léger. En outre, la diminution de l'effort maximal appliqué sur le galet 29 permet d'augmenter les cadences tout en limitant l'usure à l'interface entre le galet 29 et la came 30. L'architecture du mécanisme 16 de commande d'ouverture et fermeture du moule 4, et en particulier la séparation des axes 26, 27 internes des biellettes 17, 20, permet par conséquent de limiter les efforts dans les pièces mobiles, et donc de les dimensionner de manière raisonnable (en particulier les biellettes 17, 20), au bénéfice d'un allègement des masses embarquées. Il en résulte également une meilleure précision de la commande d'ouverture et de fermeture, en raison notamment d'une meilleure répartition des efforts exercés par chaque biellette 17, 20 sur chaque demi-moule 5, 6 respectif. Cette architecture du mécanisme 16 de commande permet également de doubler sans difficulté les biellettes 17, 20, ainsi qu'en S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD témoigne la variante illustrée sur la figure 9, dans laquelle le mécanisme 16 comprend au moins deux biellettes 17 droites superposées et au moins deux biellettes 20 gauches superposées. Dans ce cas, la reprise des efforts est partagée entre les biellettes 17, 20 de chaque paire, au bénéfice de la robustesse, de la fiabilité et de la durée de vie du mécanisme 16. Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, le système 23 d'actionnement, qui comprend un levier 31 portant un galet 29, est mécanique. En variante, il est cependant possible de le motoriser : à cet effet, le système 23 d'actionnement comprend par exemple un moteur couplé à l'axe 25 de la manivelle 24 pour entraîner celle-ci en rotation. Ce moteur est par exemple piloté par une unité de contrôle qui commande la rotation du moteur (et donc de l'axe 25 qui, à son tour, entraîne la manivelle 24 et, via les biellettes 17, 20, les demi-moules 5, 6). L'ouverture et la fermeture du moule 4 est commandée par l'unité de contrôle en fonction de la position angulaire de l'unité 2 de moulage, fournie par exemple par un capteur angulaire (tel qu'un roulement instrumenté) monté sur l'arbre de rotation de la machine 1. Cette motorisation ne modifie en rien les valeurs de couple nécessaires à l'ouverture et à la fermeture du moule 4, qui demeurent inférieures à celles des mécanismes connus. S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD REVENDICATIONS1. Mécanisme (16) de commande d'ouverture et de fermeture d'un moule (4) portefeuille comprenant un demi-moule (5) droit et un demi-moule (6) gauche montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière (11) commune entre une position fermée où les demi-moules (5, 6) sont appliqués l'un contre l'autre et une position ouverte dans laquelle les demi-moules (5, 6) sont écartés angulairement l'un de l'autre, ce mécanisme comprenant : - une biellette (17) droite couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule (5) droit autour d'un axe (18) externe droit ; une biellette (20) gauche couplée en rotation, à une extrémité avant, au demi-moule (6) gauche autour d'un axe (21) externe gauche ; un système (23) d'actionnement comprenant une manivelle (24) articulée autour d'un axe (25) de rotation fixe par rapport à la charnière (11) du moule et couplée en rotation à la biellette (17) droite et à la biellette (20) gauche à des extrémités arrière respectives de celles-ci ; ce mécanisme étant caractérisé en ce que la manivelle (24) est couplée en rotation à la biellette (17) droite et à la biellette (20) gauche autour, respectivement, d'un axe (26) interne droit et d'un axe (27) interne gauche espacés l'un de l'autre. 2. Mécanisme (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (25) de rotation de la manivelle (24), l'axe (26) interne droit et l'axe (27) interne gauche sont coplanaires. 3. Mécanisme (16) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe (26) interne droit est plus proche de l'axe (25) de rotation de la manivelle (24) que l'axe (27) interne gauche. 4. Mécanisme (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la biellette (17) droite présente un entraxe (L1) inférieur à celui (L2) de la biellette (20) gauche. 5. Mécanisme (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les distances (L3) des axes (18, 21) externes à la charnière (11) sont identiques. S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD 6. Mécanisme (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (23) d'actionnement comprend un levier (31) de commande solidaire de la manivelle (24) et portant un suiveur (29) de came qui coopère avec un chemin (30) de came. 7. Mécanisme (16) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système (23) d'actionnement comprend un moteur couplé à l'axe (25) de rotation de la manivelle et entraînant celle-ci en rotation. 8. Mécanisme (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux biellettes (17) droites superposées et au moins deux biellettes (20) gauches superposées. 9. Unité (2) de moulage de récipients, qui comprend un moule (4) portefeuille comprenant un demi-moule (5) droit et un demi-moule (6) gauche montés articulés l'un par rapport à l'autre autour d'une charnière (11) commune entre une position fermée où les demi-moules (5, 6) sont appliqués l'un contre l'autre et une position ouverte dans laquelle les demi-moules (5, 6) sont écartés angulairement l'un de l'autre, et un mécanisme (16) de commande d'ouverture du moule (4) portefeuille selon l'une des revendications précédentes. 10. Machine (1) de fabrication de récipients qui comprend un carrousel et une pluralité d'unités (2) de moulage selon la revendication 9, montées sur le carrousel. S001 B147 FR - PMB14039 Version : TQD