La présente invention est relative à un dispositif de fusion de matière thermoplastique, par exemple, reçue sous forme de granulés solides, puis d'injection de ladite matière à l'état pâteux dans un dispositif récepteur tel qu'un moule. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif prévu pour traiter de petites quantités de matière, de l'ordre de 0,1 à 300 grammes/minute, sous faible pression : normalement inférieure à 2,5 bars.

Dans ce domaine, il est désirable que le dispositif soit compact, notamment en incorporant à l'intérieur d'un même carter le dispositif de fusion et le dispositif d'injection. Une telle configuration doit permettre de maintenir momentanément en fusion et disponible pour injection une quantité de matière prédéterminée et automatiquement régulée dans une enceinte de confinement, et ce pour éviter son oxydation donc une dégradation de ses propriétés. Cette quantité doit par contre être suffisante pour assurer un débit minimum afin de ne pas ralentir la cadence d'injection.

Le document FR 2 651 715 divulgue un tel dispositif constitué d'une chambre de fusion pour fondre de la matière thermoplastique comprenant une grille horizontale à picots chauffants, et d'un dispositif d'injection comprenant un corps cylindrique creux délimitant une chambre d'injection ayant un orifice de sortie de refoulement dans le moule, le corps cylindrique étant axialement mobile dans le corps d'enveloppe fixe. Les chambres de fusion et d'injection sont parallèles juxtaposées. Ces chambres communiquent entre elles en leur base par un canal de transfert comportant des portions traversant les parois latérales du corps mobile et du corps ά'enveloppe, ce canal débouchant à proximité du fond

de la chambre d'injection de façon à ce qu'à un faible déplacement du corps mobile vers le haut, la communication soit interrompue dès que la portion du canal de corps mobile n'est plus en regard de la portion de canal d'enveloppe. Des moyens de refoulement de la matière fondue comprennent des moyens d'amenée d'un fluide sous pression dans la partie supérieure de la chambre d'injection pour le refoulement de la matière hors de cette chambre par son orifice de sortie inférieur, puis passage dans un canal vertical et injection vers le haut dans le moule.

Toutefois, la présence d'un corps cylindrique axialement mobile entre deux positions à l'intérieur d'un corps fixe en présence de la matière fondue implique nécessairement l'utilisation d'une pluralité de joints d'étanchéité qui, dans les faits, tendent à se dégrader inexorablement du fait que l'ensemble doit être maintenu à une température minimum suffisante pour garder la matière à l'état pâteux. Lorsque ces joints sont trop abîmés, la matière commence à déborder hors du dispositif rendant son entretien long et pénible.

De plus, ce dispositif comprend des pièces complexes délicates à usiner, rendant son coût de réalisation prohibitif. Par ailleurs, on constate la présence de gradients de température inutiles entre la chambre de fusion surchauffée et la chambre d'injection juxtaposée portée seulement à température de maintien de fusion de la matière, gradients qui se traduisent par une trop grande consommation d'énergie de chauffage. Enfin, tel que conçu, ce dispositif ne peut traiter que des quantités trop limitées de matière thermoplastique.

Le but de la présente invention est un dispositif du type mentionné ci-dessus dont la conception soit plus simple pour ne plus impliquer de joints d'étanchéité internes inaccessibles, et dont les pièces constitutives soient plus facilement réalisables pour en diminuer les coûts. De préférence, le dispositif doit permettre un meilleur débit de

matière thermoplastique, notamment par une répartition de la chaleur améliorée.

Ces buts sont réalisés par un dispositif comprenant une chambre de fusion, également appelée fondoir, dans laquelle la matière thermoplastique est fondue, lequel fondoir est relié par un canal de transfert à une chambre d'injection susceptible d'être isolée pour amener un fluide sous pression refoulant la matière fondue dans un canal de sortie pour injection dans un dispositif récepteur, l'embouchure d'entrée de ce canal de sortie étant située à proximité du fond de la chambre d'injection , du fait que le fondoir supérieur est disposé, dans un même carter, de préférence directement au dessus de la chambre d'injection inférieure en étant séparé par une plaque de fermeture traversée par le canal de transfert situé au milieu d'un siège de clapet, du fait que le fondoir est traversé au sein d'un fourreau par une tige verticale fixe portant en son extrémité inférieure un clapet situé juste au dessus du siège de clapet, et du fait qu'un actuateur, par exemple sous- jacent au carter, peut lever celui-ci jusqu'à pousser le siège de clapet contre le clapet.

Grâce à cet agencement, la seule partie mobile le long d'une partie fixe au sein du carter est le fourreau du fondoir coulissant le long de la tige porte-clapet qui n'est donc jamais en contact avec la matière thermoplastique fondue, permettant ainsi de s'affranchir des joints d'étanchéité. Surtout, du fait que l'on déplace tout un carter contenant le fondoir, la chambre de fusion avec la plaque de séparation et supportant ou incluant le canal de sortie pour injection, cet ensemble peut être réalisé de manière rigide, donc fiable.

Utilement, le fondoir est surmonté d'une chambre d'introduction de matériau thermoplastique encore à l'état solide, par exemple sous la forme de copeaux ou de granulés, cette chambre étant fermée par un couvercle supérieur.

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De préférence, le fondoir est réalisé sous la forme d'une pièce horizontale en un matériau conducteur de la chaleur dans l'épaisseur de laquelle sont percés une pluralité de canaux transversaux verticaux de chauffage, les parois latérales de la pièce étant ceinturées par une résistance chauffante ou garnies d'une pluralité de résistances chauffantes régulièrement réparties sur la périphérie.

Pour favoriser l'écoulement de la matière en cours de fusion, les canaux peuvent être évasés en leur partie supérieure pour se réduire en un canal de passage de diamètre prédéterminé. Ainsi, au fur et à mesure que la matière thermoplastique fond, elle coule au travers des canaux par gravité. Cette construction de fondoir monobloc présente une bien meilleure répartition de chaleur de fusion que les constructions antérieures par picots.

De préférence, la chambre d'introduction, le fondoir, une chambre sous-jacente de clapet, la plaque de fermeture, la chambre d'injection et son fond sont réalisés par des pièces circulaires ou cylindriques de diamètre externe identique, et empilées les unes sur les autres. Avantageusement, cet empilage est maintenu par une pluralité de tirants verticaux passant, soit dans l'épaisseur de la paroi d'une pièce cylindrique, soit dans la périphérie d'une pièce circulaire, chaque tirant étant verrouillé par un écrou au travers d'une rondelle élastique.

L'usage de pièces constitutives cylindriques ou circulaires simplifie notablement leur usinage, donc leur réalisation. L'assemblage par empilage de pièces puis le serrage par des tirants, rondelles élastiques et écrous sont aisés, surtout si l'on prévoit d'une pièce à l'autre une ou plusieurs goupilles de centrage pénétrant dans des orifices correspondants. Grâce à cette force de serrage, on peut s'affranchir des joints d'étanchéité entre deux pièces, qui nécessitent chacun un logement spécial. Tout au plus se contente-t-on de disposer, lors du montage, d'un simple filet

de pâte à joint sur la tranche de contact de chaque pièce. L'emploi de rondelles élastiques au niveau des écrous de tirants permet de conserver une force de serrage sensiblement constante malgré les éventuelles différences de dilatation d'une pièce à l'autre.

Avantageusement, le canal de sortie vertical est réalisé par perçage de portions de canal alignées dans l'épaisseur des pièces cylindriques ou dans la périphérie des pièces circulaires, la pièce de fond de la chambre d'injection comprenant en sa face supérieure une rainure radiale mettant en communication l'extrémité inférieure du canal percé dans l'épaisseur de la paroi latérale et l'intérieur de la chambre.

De manière similaire, le conduit d'amenée de fluide sous pression est réalisé par perçage de portions de canal alignées dans l'épaisseur des pièces cylindriques ou dans la périphérie des pièces circulaires composant la chambre d'introduction, le fondoir et la plaque de fermeture, la face inférieure de la plaque présentant une rainure radiale mettant en communication l'extrémité inférieure de son canal et la chambre d'injection sous-jacente.

Avantageusement, le carter est situé à l'intérieur d'un cadre composé d'une plaque supérieure rapportée sous une table de travail, d'une pluralité de montants verticaux portant en leurs extrémités inférieures une plaque inférieure de support pour l'actuateur portant de manière sous-jacente le carter. En alternative, ce cadre est monté, soit par sa plaque supérieure, soit au niveau des montants, sur des rails permettant de déplacer le dispositif de fusion et d'injection d'un moule à un autre.

Dans le dispositif décrit par le document

FR 2 651 715, la mesure du niveau de matière thermoplastique disponible dans la chambre d'injection s'effectue mécaniquement non pas directement dans cette chambre qui doit être régulièrement isolée, mais indirectement en mesurant le

niveau dans une chambre intermédiaire sous-jacente au fondoir. Cette mesure mécanique s'effectue par un flotteur déplaçant la première branche d'un levier interne à la chambre, et dont l'autre levier externe agit sur un capteur.

Toutefois, une telle mesure indirecte peut être entachée d'erreur, notamment pendant la période d'équilibre de niveau entre deux chambres dans le cas de matériau pâteux.

Un but supplémentaire de la présente invention est un dispositif fiable de mesure du niveau de matière thermoplastique dans un récipient métallique, tel que la chambre de fusion décrite précédemment, ce dispositif n'impliquant pas de pièces mécaniques mobiles à cheval ou traversant la paroi du récipient afin que celui-ci puisse être mis, si désiré, sous pression.

Ce but est atteint grâce à une électrode traversant à un niveau prédéterminé la paroi du récipient métallique au sein d'un support étanche et électriquement isolant. Si désiré, l'électrode est coudée vers le bas et peut être tournée sur elle-même au sein de son support permettant ainsi de régler la hauteur de son extrémité.

A priori, les matières thermoplastiques connues étant des isolants électriques, il n'est pas envisageable de mesurer leur niveau par passage d'un courant électrique.

Toutefois, la matière thermoplastique portée à l'état de fusion est électriquement excitée par les champs électriques et électromagnétiques toujours présents dans un atelier, excitation qui modifie ces caractéristiques électriques. Un condensateur relié au travers d'une résistance à une électrode baignant dans une telle matière thermoplastique accumule alors une certaine charge électrique. On peut ensuite, en ajustant le seuil de déclenchement d'un comparateur, détecter la présence ou l'absence de matière thermoplastique au niveau de cette électrode.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré dans les figures annexées, dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue en coupe verticale de devant du dispositif,

- la figure 2 est une vue en coupe verticale de côté du dispositif, et

- la figure 3 est un diagramme d'un dispositif de détection du niveau d'une matière liquide ou pâteuse dans un récipient.

Comme illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif de fusion et d'injection de matière thermoplastique selon l'invention est contenu à l'intérieur d'un carter 28, de préférence circulaire, porté à haute température, de l'ordre de 220 degrés, par une pluralité de résistances chauffantes 36, le ceinturant.

Ce carter est porté par la tige de sortie d'un vérin 20 au travers d'une plaque isolante de chaleur 22 et d' entretoises 24, ^" ces dernières ménageant un espace supplémentaire de protection thermique par circulation d'air. La plaque isolante 22, les entretoises 24 et le fond du carter 41 sont liés par des boulons verticaux traversants 25 ; alors que la plaque 22 est liée à la tige de sortie du vérin par un boulon 23.

Le vérin 20 est fixé à une plaque de support inférieure 16 appartenant à un cadre composé d'une plaque de _. support supérieure 12 rapportée contre la face inférieure de la table 10 par des vis 19, et composé de montants verticaux 14 fixés dans la tranche de la plaque de support supérieure 12 et dans la tranche de la plaque de support inférieure 16 par des vis 18.

Par ailleurs, une tige 52 tenue sous la table 10 coulisse à l'intérieur de la partie supérieure du carter 28.

Ainsi, le carter 28 peut être déplacé à l'intérieur de ce cadre par le vérin 20 entre une position de repos tel

qu'illustré sur les figures 1 et 2 et une position plus haute d'injection dans laquelle le cône d'étanchéité 64 de l'injecteur 67 vient en contact avec l'embouchure d'un canal d'injection d'un moule non représenté et disposé normalement sur le dessus de la table de travail 10. Lors de ce déplacement, le carter 28 est guidé par la tige 52.

Comme bien visible sur les figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention comprend d'abord en sa partie supérieure une chambre d'introduction 32 fermée en haut par un couvercle 30, et dans laquelle sont introduits au travers d'une ouverture 33 des granulés ou copeaux de matière thermoplastique ou thermofusible.

Le fond de cette chambre d'introduction 32 est directement constitué par un fondoir 34 se présentant sous la forme d'une pièce massive dans laquelle est percé un réseau d'orifices transversaux verticaux 35 faisant fonction de canaux de chauffage. Afin de tenir compte de l'évolution de la fluidité de la matière lors de sa montée en température, ces canaux 35 sont coniques orientés vers le bas, c'est-à- dire que leur section de passage est d'abord très large en leur partie supérieure, puis se réduit à un minimum calibré en leur partie inférieure. L'embouchure de sortie inférieure est toutefois à nouveau évasée pour favoriser la chute de la matière fondue dans la chambre de clapet 38.

Le fond de cette chambre de clapet 38 est constitué par une plaque de fermeture 39 percée en son centre par un canal de transfert 42. Ce canal 42 est bordé d'un siège de clapet 50 situé en vis-à-vis d'un clapet 51 fixé à l'extrémité de la tige 52. Cette tige de clapet traverse, mobile en coulissement, le fondoir 34 ainsi que la chambre d'introduction 32 et son couvercle 30 au sein d'un fourreau de guidage 53. Cette tige de clapet est accrochée, sous la table 10, par une bague 57 reposant contre le fond d'un logement 59. Un ressort 58, agissant entre la face supérieure du logement et la bague, repousse au repos la tige vers le bas. La hauteur initiale de la tige 52, donc du clapet 51,

est réglable en tournant la bague 57 le long d'un filetage 56 usiné à l'extrémité de la tige. L'extrémité de la tige 52 est centrée par un boulon 54 traversant la table 10 et enfilée dans un trou taraudé 55 ménagé dans cette extrémité de tige.

Sous la plaque de fermeture 39 est située une chambre d'injection 40 recevant la matière thermoplastique fondue par le canal de transfert 42, lequel canal peut être obturé par montée du siège de clapet 50 contre le clapet 51 isolant ainsi hermétiquement cette chambre d'injection 40.

Comme mieux illustré sur la figure 1, le conduit d'amenée de fluide sous pression 62 est réalisé par perçages verticaux selon un même alignement dans la paroi de la chambre d'introduction 32, dans la périphérie du fondoir 34, dans la paroi de la chambre de clapet 38 et dans la partie latérale de la plaque de fermeture 39, ce conduit 62 étant relié à la chambre d'injection 40 par une rainure radiale 63 ménagée en correspondance dans la face inférieure de cette plaque 39.

Par ailleurs, le canal de sortie 66 pour la matière thermoplastique hors de cette chambre d'injection 40 est réalisé sous la forme d'une succession de perçages verticaux selon un même alignement au travers de la paroi de la chambre d'introduction 32, de la partie latérale du fondoir 34, dans la paroi de la chambre de clapet 38, dans la partie latérale de la plaque de fermeture 39 et dans la paroi latérale de la chambre d'injection 40 ; ce canal 66 étant mis en communication avec cette chambre d'injection par une rainure radiale 65 ménagée dans la face supérieure du fond 41 de la chambre 40, cette rainure 65 faisant donc office d'embouchure pour ce canal de sortie 66.

La sortie supérieure 69 du canal 66 est filetée de manière à y visser un injecteur 67 traversant le couvercle

30 pour émerger à la verticale hors du carter 28, cet injecteur étant percé coaxialement d'un canal 68. L'extrémité supérieure de cet injecteur 67 présente une partie conique 64

pour faciliter l'étanchéité avec l'embouchure de réception du moule non illustré. Cet injecteur est également maintenu à température par une résistance chauffante périphérique.

Comme mieux visible sur la figure 1, la paroi de la chambre d'injection 40 est percée de deux orifices taraudés pour recevoir deux supports électriquement isolants de sonde de niveau 60, la sonde inférieure définissant un niveau minimum devant être présent dans cette chambre d'injection, la chambre supérieure définissant le niveau maximum.

Comme mieux visible sur la figure 1, les pièces constitutives de ce dispositif de fusion et d'injection de matière thermoplastique sont empilées les unes sur les autres et sont serrées ensemble par des tirants verticaux 45 traversant ces pièces respectivement dans l'épaisseur des parois latérales ou dans leur périphérie. Ces tirants émergent en dessous du fond 41 où ils sont verrouillés par des écrous 46 portant contre ce fond au travers de rondelles élastiques 47.

Le dispositif tel que décrit précédemment fonctionne de la manière suivante.

Un dispositif d'amenée de granulés non illustré comprend un bol vibrant, versant pendant une durée et une fréquence de vibration prédéterminée, une quantité voulue dans un tube parcouru par un jet d'air soufflant ces granulés dans la chambre d'introduction 32 au travers de l'orifice 33. Ces granulés tombant dans le fondoir sont chauffées et, en fondant, s'écoulent au travers des canaux 35 pour tomber contre la plaque de fermeture 39, puis couler au travers du canal de transfert 42 finalement dans le fond de la chambre d'injection 40. Ce processus se poursuit initialement jusqu'à ce que la sonde supérieure 60 détecte la présence d'une quantité maximum nécessaire de matière en fusion disponible.

Lorsque qu'une opération d'injection est déclenchée, le vérin 20 soulève l'ensemble du carter 28 jusqu'à ce que le cône d'étanchéité 64 vienne en contact ferme avec l'embouchure du moule. Pendant cette levée du carter 28, le siège de clapet 50 est venu buter contre le clapet 51 obturant ainsi le canal de transfert 42. La poursuite de la montée du carter 28 entraîne la montée du clapet 51, de sa tige 52, du boulon de maintien 54 et de la bague-butée 57, et ce contre l'action du ressort 58. Lors de cette montée, les seules parties mobiles l'une par rapport aux autres a été la tige 52 à l'intérieur du fourreau de guidage 53 et à l'intérieur du fondoir 34, c'est-à-dire à un niveau où la matière thermoplastique est absolument absente.

Le carter 28 étant en position haute et le canal de transfert 42 étant donc obturé, on peut alors injecter un fluide sous pression, tel que de l'air comprimé, dans le conduit 62, l'air comprimé arrivant ainsi dans la partie supérieure de la chambre d'injection 40 et exerçant une pression sur la surface supérieure de la matière thermoplastique de telle sorte à la forcer à remonter vers le haut par le canal de sortie 65, 66, puis au travers du canal 68 de l' injecteur 67.

Un signal du moule indiquant qu'il est plein, ou qu'il est seulement rempli à satisfaction, provoque d'abord la mise à la pression atmosphérique de la chambre d'injection 40, puis la descente du carter 28 en la position, tel qu'illustré sur les figures. Le dispositif reste alors en attente du refroidissement de la pièce injectée dans le moule avant éjection ou, éventuellement, est déplacé vers un second moule pour injection immédiate.

Si, en cours d'injection ou lors d'une période d'attente, la sonde inférieure 60 détecte que le niveau de matière fondue disponible est descendu en dessous d'un minimum requis, elle déclenche automatiquement l'introduction d'une nouvelle quantité prédéterminée de granulés dans la chambre d'introduction supérieure 32.

L'intérêt du chauffage de l'ensemble de carter 28 est une meilleure répartition générale de la chaleur tant au niveau du fondoir 34 que de la chambre d'injection 40 constituant un réservoir de matière fondue, et ce du fait de la masse thermique de l'ensemble de la construction. Incidemment, le canal de sortie de la matière 65-66-68 est également maintenu à une température suffisante pour le bon écoulement de cette matière.

Tel qu'illustré sur la figure 2, l'ensemble du dispositif est fixé à la table de travail 10 par les vis 19. En alternative, on peut envisager de monter la plaque de support 12 ou une paire de montants 14 sur un ou plusieurs rails horizontaux afin de déplacer rapidement ce dispositif de fusion et d'injection d'un moule à un autre, notamment pour annuler les temps morts du dispositif correspondant aux temps d'attente nécessaires au refroidissement des pièces moulées .

La figure 3 illustre le schéma de principe de la détection électrique du niveau de matière thermoplastique dans la chambre d'injection-réservoir 40.

L'électrode 60 isolée de la masse métallique de cette chambre 40/41 est reliée à un condensateur de charge 110. Lorsque cette électrode est en contact avec la matière thermoplastique, le condensateur accumule alors les charges électriques générées dans la matière thermoplastique par les champs électriques et/ou électromagnétiques toujours présents dans un atelier de par l'existence du réseau électrique de puissance et de par le fonctionnement des machines avoisinantes.

En d'autres termes, l'électrode isolée constitue avec la masse métallique de la chambre 40/41 un micro¬ condensateur monté en parallèle avec le second condensateur de charge 110, le diélectrique de ce premier micro¬ condensateur étant alternativement l'air ou la matière thermoplastique excitée.

Le niveau de charge croissant du condensateur de charge, donc la tension à ses bornes, est comparé avec une tension de référence Vref par un circuit 120 dont la sortie change d'état lorsque la première tension devient supérieure à la seconde. Le signal de sortie de ce comparateur 120 est amplifié soit par des circuits analogiques, soit par des circuits d'entrée/sortie 140, avant traitement ultérieur par un microprocesseur 130.

Comme on peut le constater, ce dispositif de détection de niveau peut être effectué au sein même d'un récipient appelé à être mis sous pression, ce qui exclut normalement tout autre dispositif conventionnel mécanique. Par ailleurs, si l'extrémité des électrodes 60 est coudée vers le bas tel qu'illustré sur la figure 2, et qu'elles sont mobiles en rotation sur elles-mêmes au sein de leurs supports, alors il est possible d'effectuer un réglage du niveau minimum et maximum voulu par rotation de ces électrodes amenant leurs extrémités plus ou moins haut .

De nombreuses améliorations peuvent être apportées à ce dispositif dans le cadre des revendications.