Brevet FR3122545A1 — publié le 20221104

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif chauffant (1) au cours duquel on fait pénétrer une résistance chauffante (2) dans une rainure (7) d’un corps de chauffe (14) en forçant le fourreau de protection (3) de la résistance chauffante à se déformer plastiquement à l’encontre de parois (8, 9, 10) de la rainure afin que ledit fourreau de protection (3) épouse la forme desdites parois (8, 9, 10) et se retrouve serré dans ladite rainure (7). Figure 2 PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UN DISPOSITIF CHAUFFANT PAR MONTAGE SERRÉ D’UNE RÉSISTANCE CHAUFFANTE DANS UNE RAINURE DU CORPS DE CHAUFFE DUDIT DISPOSITIF La présente invention concerne le domaine général des dispositifs chauffants, et notamment des plateaux chauffants, qui sont destinés par exemple aux installations de cuisson permettant de vulcaniser des bandages, tels que des bandages pneumatiques. Il est connu d’utiliser des dispositifs chauffants qui comprennent un corps de chauffe, généralement formé d’un bloc d’acier massif, et sur lequel sont montées une ou plusieurs résistances chauffantes. Toutefois, l’assemblage des résistances chauffantes sur le corps de chauffe est parfois délicat à réaliser. En effet, l’assemblage doit empêcher les résistances de se déloger du corps de chauffe, à froid comme à chaud, garantir un transfert de chaleur convenable entre les résistances chauffantes et le corps de chauffe, et, bien entendu, ne pas endommager les résistances chauffantes, notamment afin d’éviter tout risque de court-circuit. De ce fait, on tend à utiliser des systèmes de fixation qui peuvent être relativement complexes, et par conséquent onéreux et encombrants. Il existe notamment un procédé, particulièrement onéreux, qui consiste à solidariser la résistance au corps de chauffe par coulage, en noyant, de manière irréversible, ladite résistance dans un alliage en fusion qui assure la fixation de la résistance au corps de chauffe en se solidifiant. Les objets assignés à l’invention visent par conséquent à remédier aux inconvénients susmentionnés et à proposer un procédé de fabrication d’un dispositif chauffant qui soit simple, peu onéreux et fiable et qui permette d’obtenir un dispositif chauffant de structure simple, robuste, et thermiquement efficace. Les objets assignés à l’invention sont atteints au moyen d’un procédé de fabrication d’un dispositif chauffant comprenant un corps de chauffe sur lequel est montée au moins une résistance chauffante, ledit procédé comportant: - une étape (a) de fourniture d’une résistance chauffante, au cours de laquelle on fournit une résistance chauffante qui comprend i) un fourreau de protection cylindrique qui délimite une cavité, ii) un organe résistif chauffant, tel qu’un fil métallique présentant un agencement hélicoïdal, qui est logé dans la cavité du fourreau de protection et qui est destiné à être parcouru par un courant électrique afin de produire de la chaleur, et iii) un matériau de comblement, tel que de la magnésie, qui remplit la portion du volume de la cavité du fourreau de protection qui est laissée vacante par l’organe résistif chauffant, afin d’isoler électriquement le fourreau de protection dudit organe résistif chauffant tout en permettant un transfert de chaleur par conduction entre l’organe résistif chauffant et le fourreau de protection, - une étape (b) de préparation d’un corps de chauffe, au cours de laquelle on forme dans un corps de chauffe une rainure destinée à accueillir la résistance chauffante, - une étape (c) de montage, au cours de laquelle on fait pénétrer la résistance chauffante dans la rainure du corps de chauffe en forçant le fourreau de protection à se déformer plastiquement à l’encontre de parois de la rainure afin que ledit fourreau de protection épouse la forme desdites parois et se retrouve serré dans ladite rainure. Avantageusement, le procédé selon l’invention permet d’utiliser la déformation plastique du fourreau de protection de la résistance chauffante pour d’une part assurer une fixation mécanique solide de la résistance chauffante sur le corps de chauffe, par un montage serré particulièrement simple qui ne requiert aucun système de fixation additionnel (tel que bride, vis, alliage de liaison, etc.) puisque la résistance chauffante est simplement pincée dans la rainure, et pour d’autre part étendre et maximiser la surface de contact entre le fourreau de protection et le corps de chauffe, et ainsi optimiser les transferts de chaleur par conduction. On notera que, allant à l’encontre d’un préjugé selon lequel une déformation du fourreau implique systématiquement une destruction de la résistance chauffante, les inventeurs ont découvert que, en fait, les résistances chauffantes dites « blindées », qui comprennent un fourreau de protection, relativement malléable, et un matériau de comblement noyant l’organe résistif chauffant, peuvent tolérer, dans certaines limites identifiées par les inventeurs, une déformation du fourreau de protection sans subir de dommage préjudiciable à leur bon fonctionnement, et que cette déformation contrôlée procure des avantages appréciables en matière de tenue mécanique et de comportement thermique des résistances chauffantes vis-à-vis du corps de chauffe qui les accueille. D’autres objets, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu’à l’aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels : La illustre, selon une vue en coupe dans un plan normal à la ligne moyenne centrale du fourreau de protection, un corps de chauffe rainuré et une résistance chauffante selon l’invention, avant insertion de la résistance chauffante dans la rainure. La illustre, selon une vue en coupe dans le même plan que celui de la , le dispositif chauffant qui est obtenu après insertion, et déformation, de la résistance chauffante dans la rainure du corps de chauffe. La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif chauffant 1. Un tel dispositif chauffant 1 peut être utilisé pour de multiples usages, notamment pour la cuisson d’un objet dans une enceinte quelconque, par exemple pour la cuisson et la vulcanisation d’un objet à base de caoutchouc, notamment d’un bandage destiné à équiper une roue de véhicule. Le dispositif chauffant 1 comprend un corps de chauffe 14 sur lequel est montée au moins une résistance chauffante 2. Le corps de chauffe 14 est un bloc en matériau rigide, par exemple en acier, dont la forme et les dimensions seront adaptées à l’objet ou à la zone que doit chauffer le dispositif chauffant 1. Ce corps de chauffe 14 est avantageusement destiné à recevoir de la chaleur de la résistance chauffante 2 et à communiquer cette chaleur, par exemple par conduction, à l’objet ou à la zone à chauffer, à la manière d’un radiateur. A titre d’exemple, le dispositif chauffant 1 pourra former un plateau chauffant, ou une portion de la coque d’un moule de cuisson, par exemple un secteur de la couronne d’un moule de cuisson. Le procédé selon l’invention comporte tout d’abord une étape (a) de fourniture d’une résistance chauffante 2, au cours de laquelle on fournit une résistance chauffante 2 qui comprend : i) un fourreau de protection 3 cylindrique qui délimite une cavité 4, ii) un organe résistif chauffant 5, tel qu’un fil métallique présentant un agencement hélicoïdal, organe résistif chauffant 5 qui est logé dans la cavité 4 du fourreau de protection 3 et qui est destiné à être parcouru par un courant électrique afin de produire de la chaleur, en l’espèce par effet Joule, et iii) un matériau de comblement 6, tel que de la magnésie, qui remplit la portion du volume de la cavité 4 du fourreau de protection 3 qui est laissée vacante par l’organe résistif chauffant 5, afin d’isoler électriquement le fourreau de protection 3 dudit organe résistif chauffant 5 tout en permettant un transfert de chaleur par conduction entre l’organe résistif chauffant 5 et le fourreau de protection 3. Le fourreau de protection 3 pourra présenter, dans l’absolu, toute forme de section adaptée. Toutefois, de façon préférentielle, et notamment afin de faciliter le montage de la résistance chauffante 2 sur le corps de chauffe 14, parfois même sans qu’il soit nécessaire de conférer au fourreau de protection 3 une orientation particulière, le fourreau de protection 3 présentera initialement, avant déformation, une forme dont la section de base est circulaire. Globalement, le fourreau de protection 3 pourra présenter une forme générée en réalisant un balayage de cette section de base circulaire le long d’une ligne moyenne centrale Z3, normale à la section de base circulaire et contenue dans un plan. Cette ligne moyenne centrale Z3 pourra être rectiligne, de sorte que le fourreau de protection formera un cylindre droit dont l’axe central correspondra à la ligne moyenne Z3. En variante, la ligne moyenne centrale Z3 pourra présenter des changements de direction, sous forme d’une succession de segments de droite formant une ligne brisée et/ou sous forme d’un ou plusieurs tronçons de ligne courbe, ou d’une combinaison de segments de droite et de tronçons courbes. De préférence, le fourreau de protection 3 est réalisé dans un acier qui présente une épaisseur de paroi E3 comprise entre 0,4 mm et 1 mm, plus préférentiellement entre 0,5 mm et 0,7 mm. Une telle épaisseur, mesurée radialement à la ligne moyenne centrale Z3 du fourreau de protection 3, confère avantageusement au fourreau de protection 3 à la fois une bonne résistance mécanique à la rupture, une relative malléabilité qui permet au fourreau de protection 3 d’accepter la déformation lors de l’insertion dans le corps de chauffe 14, et une faible résistance thermique, qui favorise le transfert de chaleur vers le corps de chauffe 14. L’organe résistif chauffant 5 est de préférence formé par un fil métallique spiralé, de préférence dans un alliage nickel-chrome. De préférence, le matériau de comblement 6 se présentera sous forme pulvérulente, à l’état compacté dans le fourreau de protection 3. Comme indiqué plus haut, ledit matériau de comblement sera de préférence formé par de la magnésie, c’est-à-dire un oxyde de magnésium. Le procédé selon l’invention comporte ensuite une étape (b) de préparation d’un corps de chauffe 14, tel que décrit plus haut, au cours de laquelle on forme dans un corps de chauffe 14 une rainure 7 destinée à accueillir la résistance chauffante 2. La rainure 7 suivra un tracé identique au tracé de la ligne moyenne centrale Z3 du fourreau de protection Z3. Ladite rainure 7 présentera une longueur de préférence égale, ou éventuellement supérieure, à la longueur du fourreau de protection 3. La section de la rainure 7 peut être rectangulaire, carrée ou arrondie. De préférence, la rainure 7 présentera deux parois latérales 8, 9 planes et parallèles l’une à l’autre, préférentiellement perpendiculaires à la surface apparente du corps de chauffe 14 sur laquelle s’ouvre ladite rainure 7. La rainure 7 possédera une paroi de fond 10 qui pourra être plane, et alors de préférence perpendiculaire aux parois latérales 8, 9 et parallèle à la surface apparente du corps de chauffe 14, ou bien une paroi de fond 10 qui pourra être arrondie, par exemple en arc de cercle. Le procédé selon l’invention comporte enfin une étape (c) de montage, au cours de laquelle on fait pénétrer la résistance chauffante 2 dans la rainure 7 du corps de chauffe 14 en forçant le fourreau de protection 3 à se déformer plastiquement à l’encontre de parois 8, 9, 10 de la rainure 7 afin que ledit fourreau de protection 3 épouse la forme desdites parois 8, 9, 10 et se retrouve serré dans ladite rainure 7. Plus particulièrement, on force le fourreau de protection 3 à modifier la courbure de sa section pour former des méplats 11, 12 contre au moins les deux parois latérales 8, 9 opposées de la rainure 7. De préférence, on enfonce le fourreau de protection 3 suffisamment profondément dans la rainure 7 pour atteindre le fond de celle-ci et forcer le fourreau de protection 3 à former un méplat 13 contre la paroi de fond 10 de la rainure 7. L’invention permettra avantageusement d’obtenir un montage serré, c’est-à-dire sans jeu, de sorte à fixer le fourreau de protection 3 dans la rainure 7. Bien entendu, la déformation du fourreau de protection 3 sera suffisante pour éviter d’un côté un montage lâche, qui permettrait à la résistance chauffante 2 de sortir de la rainure 7 et de se séparer du corps de chauffe 14, et d’un autre côté un montage trop serré qui d’une part risquerait d’empêcher purement et simplement l’insertion de la résistance chauffante 2 dans la rainure 7, et d’autre part, en cas de montage en force, dégraderait la résistance chauffante 2, notamment en provoquant un décompactage du matériau de comblement 6 et l’apparition d’un court-circuit. Par « déformation plastique », on indique que, lors de l’insertion, le fourreau de protection 3 subit une déformation qui est irréversible, c’est-à-dire non spontanément réversible par retour élastique, du fait que la contrainte ou l’ampleur de la déformation à laquelle a été soumise au moins une portion du fourreau de protection 3 pendant l’insertion dans la rainure 7 a dépassé la limite d’élasticité du matériau constitutif de la paroi dudit fourreau de protection. Par convention, on pourra considérer comme limite d’élasticité la limite d’élasticité à 0,2% de déformation résiduelle, usuellement notée R p 0,2 . On notera que le serrage obtenu selon l’invention est suffisant pour garantir la fixation de la résistance non seulement « à froid », c’est-à-dire à température ambiante, à laquelle est de préférence réalisée l’opération de montage, typiquement entre 10°C et 30°C, et par convention à 20°C, mais également « à chaud », sur la plage de températures de service du dispositif chauffant 1, typiquement entre 120°C et 250°C, et plus particulièrement entre 150°C et 180°C. De préférence, le fourreau de protection 3 présente une section de base circulaire dont le diamètre externe effectif D3 correspond, avant déformation, à un diamètre nominal D3 choisi, assorti d’une tolérance valant +/- 0,05 mm. Une telle tolérance, au demeurant relativement simple à garantir en fabrication, permet de mettre en œuvre l’invention de façon systématique, standardisée, sans qu’il soit par exemple nécessaire d’opérer un contrôle dimensionnel visant à apparier préalablement certaines résistances chauffantes 2 avec certaines rainures 7. De préférence, le diamètre nominal D3 du fourreau de protection 3 est choisi parmi : 8 mm, 12 mm, 16 mm ou, préférentiellement, 10 mm. Ces dimensions constituent avantageusement des formats standardisés, permettent à la résistance chauffante 2 de délivrer une puissance thermique satisfaisante, et sont bien adaptées au montage serré selon l’invention. Ceci étant, toute autre dimension appropriée du diamètre nominal D3 du fourreau de protection, et en particulier toute dimension standardisée, pourra être employée sans sortir du cadre de l’invention. Selon une première possibilité de mise en œuvre, la profondeur P7 de la rainure 7 est choisie égale au diamètre nominal D3 du fourreau de protection 3 assorti d’une tolérance de profondeur, exprimée en millimètres, qui vaut 0/-0,1 tandis que la largeur W7 de ladite rainure 7 est choisie égale au diamètre nominal D3 du fourreau de protection assorti d’une tolérance de largeur, exprimée en millimètres, qui vaut +0,1/0. En appliquant ceci à un diamètre nominal D3 = 10 mm comme proposé ci-dessus, on aurait ainsi : D3 - 0,1 mm ≤ P7 ≤ D3 - 0 mm soit 9,9 mm ≤ P7 ≤ 10 mm et D3 + 0 mm ≤ W7 ≤ D3 + 0,1 mm soit 10 mm ≤ W7 ≤ 10,1 mm En d’autres termes, selon cette première possibilité de mise en œuvre, la rainure 7 est moins profonde que le fourreau de protection 3 et plus large que le fourreau de protection 3. En conséquence, lorsque l’on "aplatit" le fourreau de protection 3 pour le forcer à entrer et à tenir dans la profondeur P7 de la rainure, afin que la ligne de crête dudit fourreau de protection 3 soit au plus affleurante avec le niveau de la surface apparente du corps de chauffe 14 (ici la surface supérieure sur les figures 1 et 2), voire légèrement rentrante par rapport à la surface apparente du corps de chauffe 14, on provoque un bombement transverse du fourreau de protection 3, et donc une expansion de la largeur dudit fourreau de protection 3, qui force les extrémités latérales dudit fourreau de protection à venir en appui contre les parois latérales 8, 9 de la rainure 7 et à s’écraser en méplats 11, 12 pour épouser la forme desdites parois latérales 8, 9. Selon une seconde possibilité de mise en œuvre, la profondeur P7 de la rainure 7 est choisie strictement supérieure au diamètre nominal D3 du fourreau de protection 3, d’une valeur dite « valeur de dépassement » valant au moins 0,5 mm, ou bien au moins 1 mm, voire au moins 5 mm, tandis que la largeur W7 de ladite rainure 7 est choisie égale à une largeur nominale qui vaut 0,1 mm de moins que le diamètre nominal D3 du fourreau de protection 3 et qui est assortie d’une tolérance normalisée H8 au sens de la norme ISO 286-1:2010. En appliquant, ici encore, ces conditions à un diamètre nominal D3 = 10 mm, on obtient donc : P7 ≥ 10,5 mm, plus préférentiellement P7 ≥ 11mm, par exemple P7 = 11 mm, voire P7 = 15 mm et W7 = 9,9 mm H8 On notera ici que, de manière générale, les notions d’ajustements et de tolérances utilisées dans la présente demande font référence aux normes ISO 286-2:2010 et ISO 286-1:2010. Dans l’exemple ci-dessus, W7 = 9,9 m H8 signifie que la tolérance est de 0/+22µm, ce qui donne : 9,900 mm ≤ W7 ≤ 9,922 mm. Dans cette seconde possibilité de mise en œuvre, à l’inverse du cas précédent, c’est l’enfoncement forcé du fourreau de protection 3 entre des parois latérales 8, 9 qui délimitent une rainure 7 "trop étroite" pour le fourreau de protection 3, qui provoque une compression et un écrasement latéral dudit fourreau de protection 3 contre les parois latérales 8, 9, ainsi que, en conséquence, un léger bombement en hauteur dudit fourreau de protection 3. Les inventeurs ont avantageusement identifié que les ajustements proposés ci-dessus permettaient d’obtenir à coup sûr une déformation du fourreau de protection 3 qui était suffisante pour assurer une fixation mécanique fiable de la résistance chauffante 2 dans le corps de chauffe 14, et ce sur toute la plage de température utile prévisible, typiquement de 10°C à 250°C, tout en évitant tout dommage à la résistance chauffante 2. De préférence, l’opération de montage de la résistance chauffante 2 dans la rainure est effectuée par frappe ou par forçage au rouleau. La frappe peut être réalisée au moyen d’un maillet dont le corps de frappe est relativement malléable afin de ne pas endommager la résistance chauffante 2. Le corps de frappe dudit maillet pourra ainsi être formé par exemple en laiton, en bronze ou tout autre alliage métallique ductile, ou bien encore en nylon. Le forçage au rouleau sera réalisé en pressant un rouleau contre le fourreau de protection 3 de la résistance chauffante 2 et en faisant rouler ledit rouleau le long du fourreau de protection 3, et donc le long de la rainure 7. Ces méthodes, connues en soi, présentent ici, dans cette application particulière, l’avantage de la simplicité, et permettent d’enfoncer et de faire fluer en douceur le fourreau de protection 3 dans la rainure 7, en provoquant une déformation progressive dudit fourreau de protection 3 par forgeage, à l’encontre des parois 8, 9, 10 de la rainure 7. Dans le cas où la profondeur P7 de la rainure est supérieure au diamètre nominal D3 du fourreau de protection 3, on utilisera de préférence un outil (maillet ou rouleau) dont la largeur sera strictement inférieure à la largeur W7 de la rainure 7, de sorte que l’on pourra faire pénétrer l’outil à l’intérieur de la rainure 7 et ainsi enfoncer pleinement le fourreau de protection 3 dans la rainure 7, notamment de sorte à positionner le fourreau de protection 3 de façon rentrante par rapport à la surface apparente du corps de chauffe 14, et/ou le cas échéant jusqu’à ce que le fourreau de protection 3 atteigne la paroi de fond 10 de la rainure 7. Bien entendu, l’invention concerne également en tant que tel un dispositif chauffant 1 comprenant au moins une résistance chauffante 2 montée serrée dans une rainure 7 d’un corps de chauffe 14 selon le procédé décrit ci-dessus. De préférence, le corps de chauffe 14 dans lequel est creusé la rainure est en acier. De même, l’invention concerne également en tant que telle une installation de cuisson destinée à vulcaniser des bandages contenant des composants à base de caoutchouc, ladite installation comprenant au moins un dispositif chauffant 1 selon l’invention. Ladite installation de cuisson est plus particulièrement destinée à vulcaniser des bandages, notamment des bandages pneumatiques, destinés à équiper des roues de véhicules. Procédé de fabrication d’un dispositif chauffant (1) comprenant un corps de chauffe (14) sur lequel est montée au moins une résistance chauffante (2), ledit procédé comportant : - une étape (a) de fourniture d’une résistance chauffante, au cours de laquelle on fournit une résistance chauffante (2) qui comprend i) un fourreau de protection (3) cylindrique qui délimite une cavité (4), ii) un organe résistif chauffant (5), tel qu’un fil métallique présentant un agencement hélicoïdal, qui est logé dans la cavité (4) du fourreau de protection (3) et qui est destiné à être parcouru par un courant électrique afin de produire de la chaleur, et iii) un matériau de comblement (6), tel que de la magnésie, qui remplit la portion du volume de la cavité (4) du fourreau de protection qui est laissée vacante par l’organe résistif chauffant (5), afin d’isoler électriquement le fourreau de protection (3) dudit organe résistif chauffant (5) tout en permettant un transfert de chaleur par conduction entre l’organe résistif chauffant (5) et le fourreau de protection (3), - une étape (b) de préparation d’un corps de chauffe (14), au cours de laquelle on forme dans un corps de chauffe (14) une rainure (7) destinée à accueillir la résistance chauffante (2), - une étape (c) de montage, au cours de laquelle on fait pénétrer la résistance chauffante (2) dans la rainure (7) du corps de chauffe (14) en forçant le fourreau de protection (3) à se déformer plastiquement à l’encontre de parois (8, 9, 10) de la rainure (7) afin que ledit fourreau de protection (3) épouse la forme desdites parois (8, 9, 10) et se retrouve serré dans ladite rainure (7). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau de protection (3) présente une section de base circulaire dont le diamètre externe effectif (D3) correspond à un diamètre nominal choisi, assorti d’une tolérance valant +/- 0,05 mm. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la profondeur (P7) de la rainure (7) est choisie égale au diamètre nominal (D3) du fourreau de protection (3) assorti d’une tolérance de profondeur, exprimée en millimètres, qui vaut 0/-0,1 tandis que la largeur (W7) de ladite rainure (7) est choisie égale au diamètre nominal (D3) du fourreau de protection (3) assorti d’une tolérance de largeur, exprimée en millimètres, qui vaut +0,1/0. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la profondeur (P7) de la rainure (7) est choisie strictement supérieure au diamètre nominal (D3) du fourreau de protection (3), d’une valeur de dépassement valant au moins 0,5 mm, ou bien au moins 1 mm, voire au moins 5 mm, tandis que la largeur (W7) de ladite rainure (7) est choisie égale à une largeur nominale qui vaut 0,1 mm de moins que le diamètre nominal (D3) du fourreau de protection (3) et qui est assortie d’une tolérance normalisée H8 au sens de la norme ISO 286-1:2010. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le diamètre nominal (D3) du fourreau de protection est choisi parmi : 8 mm, 12 mm, 16 mm ou, préférentiellement, 10 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le fourreau de protection (3) est réalisé dans un acier qui présente une épaisseur de paroi (E3) comprise entre 0,4 mm et 1 mm, plus préférentiellement entre 0,5 mm et 0,7 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’opération de montage de la résistance chauffante (2) dans la rainure (7) est effectuée par frappe ou par forçage au rouleau. Dispositif chauffant (1) comprenant au moins une résistance chauffante (2) montée serrée dans une rainure (7) d’un corps de chauffe (14) selon le procédé de l’une des revendications 1 à 7. Installation de cuisson destinée à vulcaniser des bandages contenant des composants à base de caoutchouc, ladite installation étant caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dispositif chauffant (1) selon la revendication 8.