Brevet FR3136187A1 — publié le 20231208

L'invention concerne un procédé de conditionnement thermique de préformes (14) comportant : - une étape (E1) de chauffage de chaque préforme (14) par transport le long d'un trajet (66) de chauffage exposé à un rayonnement chauffant avec une cadence (R) de production déterminée ; - une étape (E2) de diffusion lors de laquelle les préformes (14) sont transportées en file le long d'un trajet (70) de diffusion ; - une troisième étape (E3) de transfert des préformes dans des unités (56) de formage à ladite cadence (R) de production déterminée, caractérisé en ce que le trajet (70) de diffusion comporte un tronçon (70A) tampon final que les préformes (14) parcourent en une durée (Da) ajustable. Figure pour l'abrégé : Figure 12 PROCEDE DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE DE PREFORMES Domaine technique de l'invention L'invention se rapporte à un procédé de conditionnement thermique de préformes avant leur formage, notamment par étirage-soufflage dans une installation de production de récipient. Arrière-plan technique Il est connu de fabriquer des récipients par formage, notamment par étirage-soufflage, de préformes en matériau thermoplastique. Le matériau formant les préformes est généralement dans un état amorphe qui n'est pas apte à permettre leur formage à froid. Préalablement à l'opération de formage, les préformes sont donc chauffées à une température de transition vitreuse qui permet leur conformation en récipient final. Plus particulièrement, les préformes présentent généralement un corps sensiblement cylindrique de révolution à paroi tubulaire épaisse qui est fermé à l'une de ses extrémités axiales par un fond à paroi épaisse, et qui est prolongé à son autre extrémité par un col, lui aussi tubulaire. Le col est conformé à sa forme et à ses dimensions définitives tandis que le corps de la préforme est destiné à subir une déformation relativement importante pour le conformer en récipient lors d'une étape de formage. Pour cette raison, il est préférable que seul le corps de la préforme soit chauffé au-delà de la température de transition vitreuse, le col demeurant à une température inférieure à ladite température de transition vitreuse pour éviter sa déformation pendant la fabrication du récipient. Par ailleurs, la température du corps ne doit pas non plus dépasser une température de cristallisation qui est supérieure à la température de transition vitreuse. Au-delà de cette température de cristallisation, le matériau thermoplastique se cristallise et ne présente plus les propriétés mécaniques permettant de réaliser un formage de qualité requise. Il est important que la cristallisation du matériau ne soit induite, de manière maîtrisée, que pendant l'opération de formage afin que les chaînes polymériques soient orientées dans des directions requises. La fabrication de récipients en grande série est réalisée dans une installation de production qui comporte une station de chauffage qui permet, lors d'une étape de chauffage, de rendre malléable le corps de la préforme par chauffage au-delà de la température de transition vitreuse. Lors de l'étape de chauffage, chaque préforme est transportée le long d'un trajet de chauffage exposé à un rayonnement chauffant. L'installation de production comporte aussi une station de formage qui est agencée en aval de la station de chauffage selon le sens de circulation des préformes dans l'installation de production. Lors de l'étape de formage, la préforme chaude est placée dans une unité de formage, par exemple dans un moule de la station de formage qui présente une empreinte de moulage conforme au récipient à obtenir. Un fluide sous pression, tel que de l'air, est alors injecté dans le corps malléable de la préforme afin d'en plaquer la paroi contre l'empreinte du moule. Généralement, l'injection de fluide sous pression est précédée et/ou accompagnée d'un étirage axial de la préforme, notamment au moyen d'une tige d'étirage insérée dans la préforme. De manière connue, le corps est ainsi soumis à un étirage bi-axial. Entre l'étape de chauffage et l'étape de formage, chaque préforme est transportée le long d'un trajet de diffusion qui n'est pas exposé au rayonnement chauffant et qui s'étend depuis une extrémité aval du trajet de chauffage jusqu'à la station de formage. Durant ce transport, les préformes subissent passivement une étape de diffusion de la chaleur emmagasinée dans leur paroi. Cette étape permet notamment à la chaleur de se diffuser dans l'épaisseur de la paroi de la préforme afin d'obtenir une distribution optimale de la chaleur. Par exemple, il est préférable que, au moment de son formage, la paroi de la préforme présente un gradient thermique croissant dans le sens de son épaisseur depuis sa face externe vers sa face interne. Ce gradient est produit par diffusion passive de la chaleur à travers la paroi vers l'intérieur de la préforme pendant l'étape de diffusion. A l'issue de cette étape de diffusion, chaque préforme est transférée dans des unités de formage de la station de formage lors d'une étape de transfert. La température des préformes le long de leur déplacement dans l'installation de production est un paramètre essentiel qu'il est important de maîtriser pour obtenir un récipient de bonne qualité à l'issue de l'étape de formage. Par exemple si une portion du corps d'une préforme est trop froide lors de l'opération de formage, cela peut détériorer la qualité du récipient obtenu voire percer le récipient. Pour que la préforme ne refroidisse pas, il est donc important que la durée de l'étape de diffusion, dite par la suite "durée de diffusion", soit assez courte et/ou que la quantité de chaleur accumulée dans la préforme soit suffisante. Au contraire, si une portion du corps d'une préforme est trop chaude, il peut se produire une cristallisation du matériau avant son formage, provoquant une dégradation importante de la qualité du récipient produit. Une telle cristallisation peut intervenir pendant le chauffage, ou même pendant le transport de la préforme depuis la station de chauffage jusqu'à la station de formage. Ce dernier cas peut apparaître lorsque la préforme a emmagasiné une grande quantité de chaleur dans son épaisseur et que la durée de diffusion est trop importante. Par ailleurs, pour la fabrication de certains récipients, le corps des préformes est divisé en plusieurs zones qui doivent être chauffées à des températures différentes afin de maîtriser la répartition du matériau thermoplastique durant l'opération de formage. Une zone chauffée à une température élevée aura tendance à pouvoir être étirée avec moins d'effort qu'une zone chauffée à une température plus basse. L'étape de diffusion doit donc être assez longue pour obtenir une distribution optimale de la température dans chaque zone, mais assez courte pour que la frontière thermique entre deux zones demeure suffisamment nette. Pour résoudre ces problèmes, il est donc connu de piloter la puissance des moyens de chauffage de la station de chauffage et les moyens de ventilation pour éviter de surchauffer la face externe de la préforme, par exemple lorsque les moyens de chauffage sont des lampes à infrarouge. En outre, la durée de diffusion est dépendante de la cadence de production de la station de formage, comme expliqué ci-dessous. Le transport des préformes le long du trajet de diffusion est effectué par des moyens de convoyage comportant des organes de préhension individuels de chaque préforme. On détermine un pas entre deux préformes successive comme étant la distance entre ces deux préformes selon le sens de déplacement le long du trajet de diffusion. En chaque point du trajet de diffusion, le pas entre deux préformes est fixé indépendamment de la cadence de fonctionnement de la station de soufflage. Dans certaines installations de production, le pas est le même en tout point du trajet de diffusion. Pour d'autres installations de production, il peut arriver que le pas ne soit pas le même en différents endroits du circuit. Mais même en cas de changement de pas au long du trajet de diffusion, le pas demeure invariable dans le temps en chaque point du trajet de diffusion. Ainsi, les vitesses des préformes sont susceptibles de varier proportionnellement à la cadence de production, mais le pas demeure indépendant de la vitesse en chaque point du trajet de diffusion. Pendant très longtemps, et encore aujourd'hui dans la majorité des installations de production, cette propriété est imposée par la structure des moyens de convoyage. C'est notamment le cas lorsque les organes de préhension sont liés mécaniquement les uns aux autres. Ainsi, les moyens de convoyage de la station de chauffage sont souvent formés par une chaîne d'organes de préhension articulés les uns aux autres, et les moyens de convoyage entre la station de chauffage et la station de formage sont formés par au moins une roue comportant à sa périphérie des organes de préhensions fixes ou portés par des bras. Même lorsque les bras sont articulés pour permettre un changement de pas entre les préformes, le mouvement des bras est commandé par des cames fixes qui ne permettent pas de modifier le pas entre deux préformes en fonction de la cadence de production. Depuis peu, il existe aussi des moyens de convoyage à moteur linéaire dans lesquels les organes de préhension sont portés par des navettes indépendantes. Ces moyens de convoyage sont notamment utilisés pour permettre d'augmenter l'efficacité du tunnel de chauffage en serrant au plus les préformes pendant leur chauffage, puis en les écartant du pas requis pour leur transmission au moyens de convoyage aval en sortie de station de chauffage. Cependant, ni la distance parcourue par les navettes après leur sortie du tunnel de chauffage, ni la loi de commande des navettes ne permettent de réguler la durée de diffusion indépendamment de la cadence de production. Quel que soit le mode de réalisation de l'installation de production, la durée de diffusion varie proportionnellement à la cadence de production. Il est donc connu de réguler la cadence de production afin que la durée de diffusion demeure dans un intervalle de valeurs dans lequel la qualité du récipient obtenu soit acceptable. De ce fait, les cadences de production auxquelles l'installation de production est susceptible de fonctionner sont limitées à une plage de fonctionnement contrainte notamment par la durée de diffusion. Ainsi, dans les installations de production de l'état de la technique, la cadence de production forme une consigne de commande de l'installation de production, tandis que la durée de diffusion forme uniquement une contrainte qui limite la plage de fonctionnement dans laquelle la cadence de production peut varier. Une consigne est définie comme étant un paramètre sur lequel un opérateur peut directement agir, par exemple en entrant une valeur dans un pupitre de commande. Au contraire, une contrainte n'est pas un paramètre sur lequel un opérateur peut agir. Une contrainte limite seulement les valeurs que l'opérateur peut assigner à un paramètre, ici la cadence de production. L'intervalle de valeur de la durée de diffusion est généralement fixé par les caractéristiques structurelles de l'installation de production, notamment la longueur du trajet de diffusion, qu'on maintient relativement courte, notamment pour des raisons de coûts de fabrication de l'installation de production. Ainsi, quel que soit le moyen de convoyage utilisé, l'homme du métier n'a jamais considéré que la durée de diffusion puisse former une consigne de commande indépendante de la cadence de production afin d'améliorer la qualité du récipient obtenu. La modification de la plage de fonctionnement de la machine passe donc à ce jour par la modification de la longueur du trajet de diffusion. De telles modifications sont très onéreuses et la durée de diffusion reste dépendante de la cadence de production. Il existe donc un besoin d'élargir la plage de fonctionnement des installations de production de récipients. En outre, il existe aussi un besoin pour réaliser des récipients présentant rigoureusement la même qualité, indépendamment de la cadence de production appliquée. L'invention se rapporte à un procédé de conditionnement thermique de préformes avant leur formage, notamment par étirage-soufflage, dans une installation de production de récipients, le procédé comportant : - au moins une première étape de chauffage de chaque préforme par transport le long d'un trajet de chauffage exposé à un rayonnement chauffant, les préformes sortant du trajet de chauffage avec une cadence de production déterminée ; - une deuxième étape de diffusion de la chaleur emmagasinée dans chaque préforme lors de laquelle les préformes sont transportées en file le long d'un trajet de diffusion qui n'est pas exposé au rayonnement chauffant et qui s'étend depuis une extrémité aval du trajet de chauffage jusqu'à une station de formage des préformes ; - une troisième étape de transfert des préformes, à l'issue de l'étape de diffusion, dans des unités de formage de la station de formage à ladite cadence de production déterminée, caractérisé en ce que le trajet de diffusion comporte au moins un tronçon tampon final que les préformes parcourent en une durée ajustable. Selon un autre aspect de l'invention, la durée de l'étape de diffusion, dite "durée de diffusion", est commandée indépendamment de la cadence de production par adaptation de la durée ajustable. Selon un autre aspect de l'invention, une consigne de durée de diffusion est sélectionnée, la durée ajustable étant commandée automatiquement en fonction de la cadence de production pour maintenir la durée de diffusion égale à la consigne indépendamment de la cadence de production. Selon un autre aspect de l'invention, la durée ajustable est commandée de manière que la durée de diffusion soit identique pour chaque préforme. Selon un autre aspect de l'invention, la durée ajustable est susceptible d'occuper plusieurs valeurs dans un intervalle délimité par une borne inférieure minimale et par une borne supérieure pour une cadence de production donnée. Selon un autre aspect de l'invention, la borne inférieure dépend de la longueur du tronçon tampon final et de la vitesse maximale susceptible d'être atteinte par la préforme en chaque point du tronçon tampon final. Selon un autre aspect de l'invention, la borne supérieure dépend de la longueur du tronçon tampon final et de la cadence de production. Selon un autre aspect de l'invention, la cadence de production est susceptible d'être commandée entre une cadence maximale et une cadence minimale lors de la production de récipients, la longueur du tronçon tampon final et/ou la vitesse maximale des préformes sur le tronçon tampon final étant déterminée de manière que la durée ajustable puisse être commandée afin qu'au moins une valeur de durée de diffusion puisse demeurer constante pour toute cadence de production comprise entre la cadence maximale et la cadence minimale. Selon un autre aspect de l'invention, les préformes sont transportées le long du tronçon tampon final par des navettes mises en mouvement indépendamment les unes des autres au moyen d'un moteur linéaire ou d'un dispositif pneumatique. Selon un autre aspect de l'invention, les préformes se déplacent le long du tronçon tampon final avec un profil de vitesses identique. Selon un autre aspect de l'invention, les préformes sont transférées successivement une par une dans la station de formage. Selon un autre aspect de l'invention, un nombre déterminé de plusieurs préformes successives forment un groupe, les préformes d'un même groupe étant transférées simultanément dans la station de formage. Selon un autre aspect de l'invention, les préformes successives d'un même groupe se déplacent le long du tronçon tampon final avec des profils de vitesses différents de manière que la durée de diffusion soit la même pour toutes les préformes du groupe. Selon un autre aspect de l'invention, l'étape de chauffage comporte deux sous-étapes de chauffage successives précédent l'étape de diffusion, les deux sous-étapes de chauffage étant séparées par une étape de transport intermédiaire des préformes en file, le trajet de chauffage étant divisé en un tronçon amont de chauffage et en un tronçon aval de chauffage reliés par un trajet de transition. Selon un autre aspect de l'invention, le trajet de transition comporte au moins un tronçon tampon intermédiaire que les préformes parcourent en une durée réglable qui est commandée indépendamment de la cadence de production. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés que nous décrivons brièvement par la suite. est une vue de dessus qui représente schématiquement une première installation de production de récipients réalisée selon l'état de la technique. est une vue similaire à celle de la qui représente une deuxième installation de production de récipients réalisée selon l'état de la technique. est une vue de côté qui représente un exemple de préforme susceptible d'être prise en charge par des installations de production de récipient selon l'invention. est une vue de détail à plus grande échelle qui représente en coupe la portion de paroi de préforme entourée dans le cercle IV de la . est une vue en coupe transversale par rapport à la direction de déplacement des préformes qui représente un moyen de convoyage de préformes à moteur linéaire mise en œuvre dans les installations de production réalisées selon les enseignements de l'invention. est une vue de côté qui représente un récipient final obtenu après formage de la préforme de la dans une installation de production de récipients. est un schéma-bloc qui représente un premier mode de réalisation d'un procédé de conditionnement thermique des préformes dans une installation de production selon les enseignements de l'invention. est un schéma-bloc qui représente un deuxième mode de réalisation d'un procédé de conditionnement thermique des préformes dans une installation de production selon les enseignements de l'invention. est une vue de dessus qui représente schématiquement un premier mode de réalisation d'une installation de production de récipients qui est apte à mettre en œuvre le procédé de conditionnement thermique réalisé selon les enseignements de l'invention. est une vue de dessus qui représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'une installation de production de récipients qui est apte à mettre en œuvre le procédé de conditionnement thermique réalisé selon les enseignements de l'invention. est une vue de dessus qui représente schématiquement un troisième mode de réalisation d'une installation de production de récipients qui est apte à mettre en œuvre le procédé de conditionnement thermique réalisé selon les enseignements de l'invention. est une vue de dessus qui représente un trajet de diffusion parcouru par les préformes dans l'installation de production de la , les préformes parcourant un tronçon tampon final du trajet de diffusion en une durée minimale. est une vue de dessus qui représente un trajet de diffusion parcouru par les préformes dans l'installation de production de la , les préformes parcourant un tronçon tampon final du trajet de diffusion en une durée minimale. Procédé de conditionnement thermique de préformes (14) avant leur formage, notamment par étirage-soufflage, dans une installation (100) de production de récipients (12), le procédé comportant : - au moins une première étape (E1) de chauffage de chaque préforme (14) par transport le long d'un trajet (66) de chauffage exposé à un rayonnement chauffant, les préformes (14) sortant du trajet (66) de chauffage avec une cadence (R) de production déterminée ; - une deuxième étape (E2) de diffusion de la chaleur emmagasinée dans chaque préforme lors de laquelle les préformes (14) sont transportées en file le long d'un trajet (70) de diffusion qui n'est pas exposé au rayonnement chauffant et qui s'étend depuis une extrémité aval du trajet (66) de chauffage jusqu'à une station (52) de formage des préformes (14) ; - une troisième étape (E3) de transfert des préformes, à l'issue de l'étape (E2) de diffusion, dans des unités (56) de formage de la station (52) de formage à ladite cadence (R) de production déterminée, caractérisé en ce que le trajet (70) de diffusion comporte au moins un tronçon (70A) tampon final que les préformes (14) parcourent en une durée (Da) ajustable. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée de l'étape de diffusion, dite "durée (D) de diffusion", est commandée indépendamment de la cadence (R) de production par adaptation de la durée (Da) ajustable. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une consigne de durée (D) de diffusion est sélectionnée, la durée (Da) ajustable étant commandée automatiquement en fonction de la cadence (R) de production pour maintenir la durée (D) de diffusion égale à la consigne indépendamment de la cadence (R) de production. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée (Da) ajustable est commandée de manière que la durée (D) de diffusion soit identique pour chaque préforme. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée (Da) ajustable est susceptible d'occuper plusieurs valeurs dans un intervalle délimité par une borne inférieure minimale et par une borne supérieure pour une cadence (R) de production donnée. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la borne inférieure dépend de la longueur du tronçon tampon final et de la vitesse maximale susceptible d'être atteinte par la préforme en chaque point du tronçon tampon final. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la borne supérieure dépend de la longueur du tronçon tampon final et de la cadence (R) de production. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cadence (R) de production est susceptible d'être commandée entre une cadence (Rmax) maximale et une cadence (Rmin) minimale lors de la production de récipients (12), la longueur du tronçon (70A) tampon final et/ou la vitesse maximale des préformes (14) sur le tronçon (70A) tampon final étant déterminée de manière que la durée (Da) ajustable puisse être commandée afin qu'au moins une valeur de durée (D) de diffusion puisse demeurer constante pour toute cadence (R) de production comprise entre la cadence (Rmax) maximale et la cadence (Rmin) minimale. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les préformes sont transportées le long du tronçon (70A) tampon final par des navettes (34) mises en mouvement indépendamment les unes des autres au moyen d'un moteur (35) linéaire. Procédé selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que les préformes (14) se déplacent le long du tronçon (70A) tampon final avec un profil de vitesses identique. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les préformes (14) sont transférées successivement une par une dans la station (52) de formage. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que un nombre déterminé de plusieurs préformes (14) successives forment un groupe, les préformes d'un même groupe étant transférées simultanément dans la station (52) de formage. Procédé selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que les préformes (14) successives d'un même groupe se déplacent le long du tronçon (70A) tampon final avec des profils de vitesses différents de manière que la durée (D) de diffusion soit la même pour toutes les préformes (14) du groupe. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (E1) de chauffage comporte deux sous-étapes (E1A, E1B) de chauffage successives précédent l'étape (E2) de diffusion, les deux sous-étapes (E1A, E1B) de chauffage étant séparées par une étape (E1int) de transport intermédiaire des préformes en file, le trajet (66) de chauffage étant divisé en un tronçon (66A) amont de chauffage et en un tronçon (66B) aval de chauffage reliés par un trajet (68) de transition. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le trajet (68) de transition comporte au moins un tronçon (68A) tampon intermédiaire que les préformes (14) parcourent en une durée (Dr) réglable qui est commandée indépendamment de la cadence (R) de production.