Brevet FR3128661A1 — publié le 20230505

L’invention concerne un élément chauffant (1) pour une buse (2) d’injection de matière plastique, adapté pour être enroulé autour de ladite buse d’injection, comprenant une première résistance chauffante (11) agencée dans une première région (R1) destinée à être située autour d’une zone avant (Z1) de la buse et une seconde résistance chauffante (12) agencée dans une seconde région (R2) destinée à être située autour d’une zone arrière (Z2) de la buse, distincte de la zone avant (Z1). L’invention concerne également une buse (2) d’injection de matière plastique, comprenant : - un corps (20) définissant un canal pour le passage d’un matériau plastique à l’état fondu, et - ledit élément chauffant (1) enroulé autour du corps (20) de telle sorte que la première région (R1) de l’élément chauffant entoure la zone avant (Z1) de la buse et que la seconde région (R2) de l’élément chauffant entoure la zone arrière (Z2) de la buse. Figure pour l’abrégé : Fig 6 ELEMENT CHAUFFANT POUR UNE BUSE D’INJECTION DE MATIERE PLASTIQUE ET BUSE POURVUE D’UN TEL ELEMENT CHAUFFANT L’invention concerne un élément chauffant pour une buse d’injection de matière plastique, ainsi qu’une buse d’injection pourvue d’un tel élément chauffant. ETAT DE LA TECHNIQUE Le moulage par injection en canal chaud est une technique répandue pour le moulage de matière plastique dans différentes applications. Dans ce type de moulage, le canal d’amenée de la matière plastique à l’état fondu dans l’empreinte de moulage est chauffé à une température supérieure à la température de fusion de la matière plastique. A cet effet, ledit canal est agencé dans une buse d’injection pourvue de moyens de chauffage. Cependant, il se produit des pertes thermiques le long du parcours de la matière plastique à l’état fondu entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie de la buse. En particulier, dans la zone arrière de la buse, qui comprend l’orifice d’entrée, il se produit essentiellement des pertes thermiques par convection. Dans la zone avant de la buse, qui comprend l’orifice de sortie, il se produit principalement des pertes thermiques par conduction entre la matière plastique et le matériau de la buse. Ces pertes thermiques sont responsables d’une diminution de la température de la matière plastique à l’état fondu entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie de la buse. Pour homogénéiser la température le long de la buse, il est connu d’utiliser des colliers chauffants, qui sont montés autour de la buse. Ces colliers se présentent sous la forme de tubes présentant une fente axiale et comprenant, de part et d’autre de la fente, une bride de fixation par vis. En position ouverte, grâce à la fente, le collier est assez large pour être emmanché sur la buse ; la fente est ensuite refermée par vissage de la bride afin d’appliquer le collier en contact intime avec la buse. Le collier intègre une résistance chauffage qui, lorsqu’elle est alimentée par un courant électrique, s’échauffe par effet Joule et permet un chauffage de la buse par conduction. Cependant, en particulier pour des buses de petites dimensions, par exemple présentant un diamètre inférieur à 20 mm, de tels colliers sont difficiles à manipuler et à appliquer en contact intime avec la buse, du fait de la raideur du matériau. Il en résulte un chauffage inhomogène de la buse. Par ailleurs, de tels colliers augmentent l’encombrement de la buse, ce qui pénalise son installation dans un moule d’injection de matière plastique. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION Un but de l’invention est de concevoir un élément chauffant pour une buse d’injection de matière plastique qui permette de chauffer de manière plus homogène la matière plastique à l’état fondu qui circule à l’intérieur du canal de la buse. A cet effet, l’invention propose un élément chauffant pour une buse d’injection de matière plastique, adapté pour être enroulé autour de ladite buse d’injection, comprenant une première résistance chauffante agencée dans une première région destinée à être située autour d’une zone avant de la buse et une seconde résistance chauffante agencée dans une seconde région destinée à être située autour d’une zone arrière de la buse, distincte de la zone avant. La dimension et la puissance calorifique de chaque résistance chauffante peuvent être ajustées indépendamment l’une de l’autre pour procurer un chauffage homogène de la matière plastique au sein de la buse. De manière particulièrement avantageuse, chaque résistance chauffante est reliée à deux fils électriquement conducteurs respectifs, et l’élément chauffant comprend en outre une terminaison étanche située du côté de la seconde résistance chauffante opposé à la première résistance chauffante et maintenant lesdits fils électriquement conducteurs. De préférence, l’élément chauffant comprend en outre une gaine dans laquelle sont agencées la première et la seconde résistance chauffante. Dans certains modes de réalisation, ladite gaine est en acier inoxydable. Chaque résistance chauffante peut être enroulée sous forme d’une pluralité de spires. Dans certains modes de réalisation, chaque résistance chauffante présente deux ensembles parallèles de spires, la première résistance chauffante s’étendant dans un plan incliné par rapport à la seconde résistance chauffante. Dans d’autres modes de réalisation, les spires de la première et de la seconde résistance chauffante sont coaxiales. Un autre aspect de l’invention concerne une buse d’injection de matière plastique comprenant : - un corps définissant un canal pour le passage d’un matériau plastique à l’état fondu, entre une zone arrière comprenant un orifice d’entrée du corps et une zone avant comprenant un orifice de sortie du corps adapté pour déboucher dans une empreinte de moulage d’un moule d’injection de matière plastique, et - un élément chauffant tel que décrit ci-dessus, enroulé autour du corps de telle sorte que la première région de l’élément chauffant entoure la zone avant de la buse et que la seconde région de l’élément chauffant entoure la zone arrière de la buse. De manière particulièrement avantageuse, l’élément chauffant est enroulé selon un pas plus petit dans la zone avant que dans la zone arrière. De manière particulièrement préférée, la buse comprend une gorge périphérique agencée dans une paroi extérieure du corps, et l’élément chauffant est encastré dans ladite gorge. La gorge est avantageusement agencée dans la paroi du corps selon une forme hélicoïdale, dont le pas peut être différent entre la zone avant et la zone arrière de la buse. Dans certains modes de réalisation, la buse comprend en outre deux capteurs de température agencés dans le corps, respectivement dans la zone avant et dans la zone arrière de la buse. Selon des applications particulièrement avantageuses, le corps de la buse présente un diamètre extérieur inférieur à 20 mm. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la est une vue d’ensemble avec une coupe partielle de l’élément chauffant selon l’invention ; - la est une vue en perspective de l’agencement des deux résistances chauffantes selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - la est une vue en perspective de l’agencement des deux résistances chauffantes selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - la est une vue d’ensemble de l’élément chauffant une fois assemblé sur la buse (la buse n’étant pas représentée) ; - la est une vue de la buse avant la mise en place de l’élément chauffant ; - la est une vue de la buse de la équipée de l’élément chauffant et de capteurs de température. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION De manière connue en elle-même, une buse d’injection comprend un corps définissant un canal pour le passage d’un matériau plastique à l’état fondu. Ledit canal s’étend entre un orifice d’entrée et un orifice de sortie du corps, ledit orifice de sortie étant adapté pour déboucher dans une empreinte de moulage d’un moule d’injection de matière plastique. L’orifice de sortie est situé dans une zone dite zone avant de la buse, tandis que l’orifice d’entrée est situé dans une zone arrière de la buse, l’avant et l’arrière étant définis par rapport à l’empreinte de moulage, dans un sens opposé au sens d’écoulement de la matière plastique. L’invention propose un élément chauffant adapté pour être enroulé autour d’une buse d’injection. Ledit élément chauffant comprend deux résistances chauffantes distinctes, chacune alimentée électriquement par deux fils électriquement conducteurs respectifs. Chaque résistance chauffante peut par exemple être formée d’un fil d’un alliage nickel-chrome, typiquement avec 80% de nickel et 20% de chrome. Les fils d’alimentation peuvent être réalisés en nickel et être enrobés d’une couche électriquement isolante, telle que du polytétrafluoroéthylène (PTFE). Lesdites résistances chauffantes peuvent avantageusement présenter des puissances calorifiques différentes, afin d’ajuster au mieux la température du matériau plastique circulant dans le canal de la buse. Lesdites résistances chauffantes sont agencées dans des régions distinctes de l’élément chauffant, de sorte à éviter ou compenser de manière localisée les pertes thermiques du matériau plastique circulant dans la buse entre la zone arrière et la zone avant. Plus précisément, lorsque l’élément chauffant est enroulé autour de la buse, une première résistance chauffante est agencée autour de la zone avant de la buse et une seconde résistance chauffante est agencée autour de la zone arrière de la buse. Dans la mesure où la matière plastique arrivant dans la zone avant de la buse a subi davantage de pertes thermiques que dans la zone arrière, la puissance calorifique de la première résistance chauffante peut être supérieure à celle de la seconde résistance chauffante. Cependant, dans d’autres modes de réalisation, la puissance calorifique de la première résistance chauffante peut être inférieure ou identique à celle de la seconde résistance chauffante. Par ailleurs, en complément ou en alternative de cette configuration des puissances calorifiques des résistances chauffantes, l’élément chauffant peut être enroulé avec un pas plus petit dans la zone avant de la buse que dans la zone arrière. Par exemple, l’élément chauffant peut être enroulé en formant des spires très proches, voire jointives, dans la zone avant de la buse, et en formant des spires plus écartées dans la zone arrière de la buse. La température du matériau plastique circulant dans la buse peut être mesurée au moyen d’un ou plusieurs capteurs de température, tels que des thermocouples. De préférence, on utilise au moins un capteur de température agencé pour mesurer la température de la buse ou du matériau plastique dans la zone avant de la buse, et un capteur de température agencé pour mesurer la température de la buse ou du matériau plastique dans la zone arrière de la buse. Les capteurs de température sont reliés à une unité de commande d’un système d’injection. Les données fournies par lesdits capteurs peuvent être utilisés par l’unité de commande pour ajuster la puissance calorifique de chacune des deux résistances chauffantes afin d’obtenir la température souhaitée pour le matériau plastique dans la zone arrière et dans la zone avant de la buse. Pour faciliter la manipulation de l’élément chauffant, les résistances chauffantes sont agencées à l’intérieur d’une gaine, dans deux régions différentes de la gaine : la première résistance chauffante est agencée dans une première région de la gaine destinée à être placée autour de la zone avant de la buse, et la seconde résistance chauffante est agencée dans une seconde région, distincte (voir distante) de la première région, destinée à être placée autour de la zone arrière de la buse. Les fils d’alimentation des deux résistances chauffantes sont également agencés à l’intérieur de la gaine. La gaine présente une extrémité avant (du côté de la première résistance chauffante) qui est fermée hermétiquement, et une extrémité arrière ouverte, au travers de laquelle débouchent les fils d’alimentation des résistances chauffantes. Ainsi, l’élément chauffant comprend deux régions chauffantes qui apparaissent agencées « en série » dans la mesure où elle s’étendent sucessivement dans le sens de la longueur de l’élément chauffant, mais dont les résistances chauffantes sont câblées en parallèle grâce à des fils d’alimentation distincts. La gaine peut présenter une section rectangulaire, ronde, ou de toute autre forme appropriée. La gaine peut être réalisée en acier inoxydable ou en tout autre matériau approprié pour conduire la chaleur. Pour faciliter la mise en place et le maintien de l’élément chauffant autour de la buse, la paroi extérieure de la buse est avantageusement pourvue d’une gorge adaptée pour recevoir la gaine en contact intime avec le corps de la buse. Une telle gorge peut notamment être obtenue par usinage du corps de la buse. Les dimensions de la gorge sont de préférence choisies pour permettre un encastrement de la gaine dans la gorge, sans nécessiter de moyens de fixation supplémentaires. Ainsi, une seule gorge permet la mise en place des deux régions chauffantes, ce qui simplifie la conception de la buse et notamment les opérations d’usinage nécessaires à la mise en place de l’élément chauffant. Par ailleurs, l’élément chauffant affleure avec la surface extérieure de la buse, de sorte qu’il n’augmente pas l’encombrement général de la buse. Cependant, d’autres modes de fixation de l’élément chauffant autour de la buse restent envisageables, y compris en l’absence de la gorge susmentionnée, par exemple par collage ou tout autre moyen approprié. Bien que deux résistances chauffantes soient décrites dans le présent texte, il va de soi que trois résistances chauffantes ou plus pourraient être agencées selon le principe décrit plus haut, mais un tel agencement plus complexe pourrait se faire au détriment de la compacité de l’élément chauffant. La illustre un mode de réalisation d’un tel élément chauffant. L’élément chauffant 1 comprend une gaine 10 à l’intérieur de laquelle sont agencées une première résistance chauffante 11, située dans une première région R1 de l’élément chauffant, et une seconde résistance chauffante (non visible sur la mais représentée sur les figures 2 et 3), située dans une seconde région R2 de l’élément chauffant. Les régions R1 et R2 sont distinctes l’une de l’autre, c’est-à-dire que les résistances chauffantes ne se superposent pas. Les régions R1 et R2 peuvent être contiguës ou distantes l’une de l’autre. Sur la , l’élément chauffant est représenté droit, mais il est ensuite destiné à être enroulé autour d’une buse d’injection, comme cela sera décrit en détail plus bas (voir notamment la ). La longueur de la première région R1 et de la seconde région R2 est choisie pour que, lorsque l’élément chauffant est enroulé, la première région R1 soit située autour de la zone avant de la buse et que la seconde région R2 soit enroulée autour de la zone arrière de la buse. Les fils d’alimentation 11a, 11b, 12a, 12b de chaque résistance chauffante s’étendent dans la gaine 10 dont ils débouchent à une extrémité située du côté de la seconde région R2, dans une terminaison étanche 13. Les figures 2 et 3 illustrent deux conformations possibles mais non limitatives des résistances chauffantes (la gaine n’a pas été représentée pour faciliter la visualisation de ces conformations). Dans le mode de réalisation illustré sur la , la première résistance chauffante 11 se présente sous la forme de deux enroulements 111, 112 d’un fil résistif, par exemple d’un alliage nickel-chrome 80/20 tel que mentionné plus haut. Lesdits enroulements 111, 112 s’étendent parallèlement l’un à l’autre, selon deux axes qui définissent un premier plan. La seconde résistance chauffante 12 se présente également sous la forme de deux enroulements 121, 122 d’un fil résistif, par exemple d’un alliage nickel-chrome 80/20. Lesdits enroulements 121, 122 s’étendent parallèlement l’un à l’autre, selon deux axes qui définissent un second plan. De préférence, le second plan est incliné par rapport au premier plan, par exemple d’un angle de 90°. Cet agencement permet de répartir les fils d’alimentation 11a, 11b, 12a, 12b de manière régulière au sein de la gaine. Dans le mode de réalisation illustré sur la , la première résistance chauffante 11 se présente sous la forme d’un unique enroulement d’un fil résistif par exemple d’un alliage nickel-chrome 80/20 tel que mentionné plus haut. La seconde résistance chauffante 12 se présente également sous la forme d’un unique enroulement d’un fil résistif par exemple d’un alliage nickel-chrome 80/20 tel que mentionné plus haut. De préférence, ces deux enroulements sont coaxiaux, ce qui permet de favoriser la compacité de l’ensemble des deux résistances chauffantes au sein de la gaine. La est une vue d’ensemble de l’élément chauffant dans une conformation d’assemblage sur la buse (la buse n’a pas été représentée pour faciliter la visualisation de cette conformation). La première région R1 de l’élément chauffant 1 est enroulée selon un premier pas d1. Dans cette première région, les spires de l’élément chauffant sont jointives ou séparées d’un petit intervalle. La distance entre la première et la dernière spire de l’enroulement dans la région R1 est choisie pour être sensiblement égale à la longueur de la zone avant de la buse. La seconde région R2 de l’élément chauffant 1 est enroulée selon un second pas d2, supérieur au premier pas d1. Dans cette seconde région, les spires de l’élément chauffant sont donc séparées d’un intervalle plus grand que dans la première région. La distance entre la première et la dernière spire de l’enroulement dans la région R2 est choisie pour être sensiblement égale à la longueur de la zone arrière de la buse. Les fils d’alimentation des deux résistances chauffantes sont insérés dans une terminaison étanche 13, les extrémités desdits fils sortant de ladite terminaison étanche 13 pour pouvoir être raccordés à une source de courant électrique (non représentée). La illustre un mode de réalisation d’une buse d’injection adaptée pour recevoir l’élément chauffant de la . Le corps 20 de la buse 2 comprend un canal s’étendant entre un orifice d’entrée 202 et un orifice de sortie 201. Le sens de circulation de la matière plastique à l’état fondu à l’intérieur du canal est représenté par la flèche. La zone avant de la buse est désignée par Z1 tandis que la zone arrière est désignée par Z2. La paroi extérieure du corps 20 comprend une gorge 21 présentant une forme hélicoïdale adaptée pour recevoir l’élément chauffant dans la conformation illustrée sur la . Le corps 20 comprend en outre avantageusement deux orifices 30, 40 adaptés chacun pour recevoir un capteur de température destiné à mesurer la température de la matière plastique à l’état fondu ou de la buse elle-même, respectivement dans la zone avant et dans la zone arrière. La illustre l’élément chauffant 1 de la assemblé sur la buse 2 de la , ainsi que deux capteurs de température, 3, 4, par exemple des thermocouples, agencés dans les orifices 30, 40. De manière particulièrement avantageuse, l’élément chauffant 1 affleure avec la surface extérieure du corps 2, de sorte qu’il n’en affecte aucunement l’encombrement général de la buse. Par ailleurs, l’encastrement de l’élément chauffant dans la gorge permet d’assurer un contact intime avec le corps, quel que soit le diamètre du corps, ce qui permet de minimiser la dissipation thermique à l’interface entre ces deux composants. Elément chauffant (1) pour une buse (2) d’injection de matière plastique, adapté pour être enroulé autour de ladite buse d’injection, comprenant une première résistance chauffante (11) agencée dans une première région (R1) destinée à être située autour d’une zone avant (Z1) de la buse et une seconde résistance chauffante (12) agencée dans une seconde région (R2) destinée à être située autour d’une zone arrière (Z2) de la buse, distincte de la zone avant (Z1). Elément chauffant selon la revendication 1, dans laquelle chaque résistance chauffante (11, 12) est reliée à deux fils électriquement conducteurs respectifs (11a, 11b ; 12a, 12b), l’élément chauffant comprenant en outre une terminaison étanche (13) située du côté de la seconde résistance chauffante opposé à la première résistance chauffante et maintenant lesdits fils électriquement conducteurs. Elément chauffant selon l’une des revendications 1 à 2, comprenant en outre une gaine (10) dans laquelle sont agencées la première et la seconde résistance chauffante. Elément chauffant selon la revendication 3, dans lequel la gaine (10) est en acier inoxydable. Elément chauffant selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque résistance chauffante (11, 12) est enroulée sous forme d’une pluralité de spires. Elément chauffant selon la revendication 5, dans lequel chaque résistance chauffante (11, 12) présente deux ensembles parallèles de spires (111, 112 ; 121, 122), la première résistance chauffante s’étendant dans un plan incliné par rapport à la seconde résistance chauffante. Elément chauffant selon la revendication 5, dans lequel les spires de la première et de la seconde résistance chauffante (11, 12) sont coaxiales. Buse (2) d’injection de matière plastique, comprenant : - un corps (20) définissant un canal pour le passage d’un matériau plastique à l’état fondu, entre une zone arrière comprenant un orifice (202) d’entrée du corps et une zone avant comprenant un orifice (201) de sortie du corps adapté pour déboucher dans une empreinte de moulage d’un moule d’injection de matière plastique, et - un élément chauffant (1) selon l’une des revendications 1 à 7 enroulé autour du corps (20) de telle sorte que la première région (R1) de l’élément chauffant entoure la zone avant (Z1) de la buse et que la seconde région (R2) de l’élément chauffant entoure la zone arrière (Z2) de la buse. Buse d’injection selon la revendication 8, dans laquelle l’élément chauffant (1) est enroulé selon un pas plus petit dans la zone avant (d1) que dans la zone arrière (d2). Buse d’injection selon l’une des revendications 8 à 9, comprenant une gorge (21) périphérique agencée dans une paroi extérieure du corps (20), l’élément chauffant (1) étant encastré dans ladite gorge (21). Buse d’injection selon la revendication 10, dans laquelle la gorge (21) est agencée dans la paroi du corps selon une forme hélicoïdale. Buse d’injection selon l’une des revendications 8 à 11, comprenant en outre deux capteurs de température (3, 4) agencés dans le corps (20), respectivement dans la zone avant (Z1) et dans la zone arrière (Z2) de la buse. Buse d’injection selon l’une des revendications 8 à 12, dans laquelle le corps présente un diamètre extérieur inférieur à 20 mm.