Système pour l'injection d'un article à structure multicouches

Domaine de l'invention

La présente invention concerne d'une façon générale les systèmes pour l'injection d'un article à structure multicouches.

Etat de la technique

On connaît déjà des systèmes d'injection permettant d'injecter des pièces à structure sandwich. Un exemple d'une telle pièce est une préforme dotée de couches extérieure et intérieure et d'une couche intermédiaire fonctionnalisée, par exemple constituant une barrière au rayonnement ultraviolet.

Le document WO201 1/006999 donne un exemple d'un tel système.

Toutefois, dans tous les systèmes connus nécessitent deux organes d'obturation ayant chacun leur mobilité, avec en conséquence une construction et ou un agencement de commande de déplacement complexe.

Résumé de l'invention

L'invention vise à proposer un système dans lequel on puisse sélectivement réaliser une injection mono-matière ou injection multimatière en recourant à un seul élément d'obturation mobile, et à un seul moyen de commande de déplacement associé.

On propose à cet effet un système pour l'injection d'un article à structure multicouches comprenant une couche interne, une couche intermédiaire et une couche externe formées de matériaux amenés distinctement à un orifice d'injection commun , caractérisé en ce qu'il comprend une buse d'injection comportant :

un corps de buse avec une partie de corps intérieure et une partie de corps extérieure, généralement tubulaires et concentriques, la partie extérieure du corps de buse définissant l'orifice d'injection commun pour les matériaux,

un double obturateur disposé au sein de la partie de corps intérieure et comprenant deux éléments d'obturation solidaires en translation, un premier élément ou élément intérieur étant disposé au sein d'un second élément ou élément extérieur, de section annulaire, ce denier se terminant en retrait du premier élément,

un premier siège étant formé au voisinage de l'orifice d'injection pour coopérer avec une partie terminale de l'élément d'obturation intérieur, tandis qu'un second siège est formé dans une région terminale de la partie de corps intérieure pour coopérer avec l'élément de d'obturation extérieur,

un canal d'amenée de matériau intérieur étant formé entre les deux éléments d'obturation, un canal d'amenée de matériau intermédiaire étant formé entre l'élément d'obturation extérieur et la partie de corps intérieure, et un canal d'amenée de matériau extérieur étant formé entre les deux parties de corps, et

des moyens étant prévus pour alimenter les canaux d'amenée avec leurs matériaux respectifs tout en autorisant le déplacement de l'obturateur, l'obturateur étant apte à occuper sélectivement :

une position levée dans laquelle les éléments d'obturation sont dégagés de leurs sièges respectifs, les trois canaux d'amenée étant ainsi en communication avec l'orifice d'injection,

une position intermédiaire dans laquelle l'élément d'obturation extérieur est en contact généralement étanche avec son siège, de telle sorte que seul le canal d'amenée intérieur et le canal d'amenée extérieur sont en communication avec l'orifice d'injection, et

une position abaissée dans laquelle les deux éléments d'obturation sont en contact étanche avec leurs sièges respectifs, de telle sorte que tous les canaux d'amenée sont isolés de l'orifice d'injection. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce système comprennent les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en toutes combinaisons techniquement compatibles :

^* les canaux d'amenée intérieur et extérieur sont alimentés avec le même matériau.

^* l'orifice d'injection est annulaire et apte à communiquer avec une entrée annulaire d'une cavité de moulage.

^* le siège pour l'élément d'obturation extérieur est une partie cylindrique de la région terminale de la partie de corps intérieure, dont la section transversale est sensiblement la même en forme et en dimension que la section transversale extérieure d'une partie intérieure de l'élément d'obturation extérieur.

^* le système comprend au voisinage de l'orifice d'injection une chambre de stratification délimitée par une région intérieure généralement tronconique de la partie de corps de buse extérieure, se rétrécissant vers l'orifice d'injection, un passage annulaire de largeur contrôlée mettant en communication de façon permanente le canal d'amenée extérieur avec ladite chambre.

^* ladite chambre de stratification est formée dans un embout solidarisé à la partie de corps extérieure.

^* les canaux d'amenée intérieur et extérieur sont alimentés à partir d'un premier canal d'alimentation formé dans la partie de corps extérieure, communiquant directement avec le canal d'amenée extérieur et communiquant avec le canal d'amenée intérieur via un second canal d'alimentation formé dans la partie de corps intérieure et un troisième canal d'alimentation formé dans la partie d'obturateur extérieure, les second et troisième canaux d'alimentation étant configurés pour être en communication mutuelle quelles que soit la position de l'obturateur dans le corps.

^* le canal d'amenée intermédiaire est défini autour d'une région de section réduite de la partir extérieure d'obturateur et communique avec un canal d'alimentation traversant les parties de corps extérieure et intérieure. On propose également selon l'invention un équipement pour l'injection multi-cavités, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de systèmes comme définis ci-dessus, alimentés en matériaux par des moyens d'alimentation communs, et des moyens de commande d'obturation commandés de façon commune.

Brève description des dessins

D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

Les figures 1A, 1 B et 1 C sont des vues en coupe axiale d'une buse d'injection à obturateur selon l'invention, dans trois position d'obturation différentes,

Les figures 2A, 2B et 2C sont des vues partielles à échelle agrandie des figures 1A, 1 B et 1 C, au voisinage du point d'injection, et

La figure 3A est une vue partielle à échelle encore agrandie de la figure 2A. Description détaillée d'une forme de réalisation préférée

On notera tout d'abord que les indications du type « haut », « bas », « supérieur », « inférieur », etc. utilisées dans la présente description sont à comprendre relativement à l'orientation de la buse telle que montrée sur les figures, mais que dans la pratique la buse pourra prendre toute autre orientation.

En référence aux figures, on a représenté une buse pour l'injection sandwich de pièces en matière synthétiques, avec trois couches de matériaux potentiellement tous différents, mais le plus souvent dans la pratique avec deux couches extérieures formées d'un même matériau injectable (matière A) et une couche intermédiaire formée d'un matériau injectable différent (matière B). Typiquement, la matière B est une matière destinée à assurer une fonction particulière dans la pièce injectée, et notamment une fonction de barrière (par exemple barrière au rayonnement ultraviolet), une fonction de renforcement mécanique, etc.

La buse d'injection représentée sur les figures fait typiquement partie d'un système d'injection multi-cavités, en étant rapportée sur une pièce dite « bloc chaud » jouant un rôle de support mécanique et d'amenée des matières à injecter vers chacune des buses, de façon connue en soi. Ce bloc chaud supporte également les moyens de commande d'obturation de chacune des buses.

La buse 10 comprend un corps de buse 100 formé de deux parties 1 10, 120 respectivement intérieure et extérieure, généralement coaxiales et assemblées l'une à l'autre par emmanchement glissant et épaulements d'appui en partie supérieure, un bouchon 130 fileté intérieurement venant verrouiller mécaniquement le tout.

La bonne coaxialité entre les parties 1 10, 120 est assurée par exemple par un ou plusieurs élargissements intermédiaires 1 14 venant s'ajuster dans un alésage cylindrique 121 formé dans la partie extérieure 120.

Le diamètre de la partie intérieure 1 10 du corps de buse est tel qu'à l'exception des zones pourvues d'élargissements de guidage 1 14, les parties 1 10 et 120 définissent entre elles un premier canal annulaire CA1 d'amenée de matière. De manière à assurer la continuité de ce canal CA1 au niveau des élargissements 1 14, ces derniers ne s'étendent pas tout autour de la partie 1 10, mais couvrent seulement des zones angulaires discrètes, de préférence régulièrement réparties.

La partie extérieure 120 du corps de buse se termine en partie inférieure sur les figures (extrémité côté point d'injection) par un embout 122 assemblé à la pièce 120 de préférence par vissage, avec une partie 123 qui déborde de la pièce 120, est de forme généralement conique et forme à son extrémité libre un orifice d'injection 124, doté de façon connue de l'homme du métier d'aménagements permettant sa bonne coopération avec le moule au niveau de l'entrée de la cavité de moulage respective. L'embout 122 délimite intérieurement une chambre de stratification CS des matières amenées, comme on le verra plus loin.

De façon connue en soi, l'embout 122 est en un alliage métallique ayant des propriétés mécaniques et de conduction thermique adaptée, pour maintenir la région du point d'injection à une température adaptée. A cet égard, la buse comprend, de façon également connue en soi, des moyens de chauffage, typiquement par effet Joule, permettant de maintenir les matières injectées dans la gamme de températures adaptée.

La partie extérieure 120 du corps de buse possède, orientés radialement, un premier canal 125 pour l'amenée de la première matière (A) d'injection, et un second canal 127 pour l'amenée de la deuxième matière (B) d'injection.

Le canal 125, qui communique par ailleurs avec un canal d'alimentation issu du bloc chaud, débouche dans le premier canal annulaire CA1 , et se prolonge par un canal 1 15 formé à son droit dans la partie de corps intérieure 1 10.

Le canal 127 d'alimentation de la matière B débouche dans l'alésage 121 au niveau d'un élargissement 1 14 de la partie intérieure, et communique directement avec un canal traversant 1 17, orienté également radialement et formé dans la partie intérieure 1 10 au droit du canal 127. De la sorte, la matière B ne peut pas circuler vers le canal annulaire CA1 . Le canal radial traversant 1 17 communique quant à lui avec un canal annulaire d'amenée pour la matière B, s'étendant vers le bas à partir dudit canal 1 17 entre une partie de diamètre réduit de la partie extérieure 220 de l'obturateur et l'alésage 1 1 1 formé dans la partie intérieure 1 10 du corps de buse.

La partie intérieure 1 10 du corps de buse possède un alésage intérieur cylindrique 1 1 1 dans lequel débouchent le canal 1 15 d'amenée de la matière A, ainsi que le canal 1 17 d'amenée de la matière B. L'alésage 1 1 1 s'étend avec une section transversale constante sur toute l'étendue axiale du corps de buse, à l'exception de sa région côté point d'injection (en bas sur les figures), où la partie intérieure 1 10 du corps de buse présente un rétrécissement tronconique 1 12 de forme et de dimensions bien contrôlées.

Ainsi, comme le montre mieux la figure 3A, ce rétrécissement présente tout d'abord un bord terminal extérieur 1 12a situé à une distance contrôlée la surface tronconique intérieure 126 de l'embout 122 appartenant à la partie extérieure 120 du corps de buse, de manière à définir un passage annulaire de largeur contrôlée P1 entre les parties 1 10 et 120, passage qui communique avec le canal annulaire CA1 alimenté avec la matière d'injection A via le canal radial 125 comme décrit plus haut, et débouche dans la partie périphérique de la chambre de stratification CS. Ce passage P1 permettra de former, dans le flux formé dans ladite chambre de stratification et injecté par la buse, la couche de peau formée de la matière A.

En outre, le rétrécissement 1 12 de la partie 1 10 du corps de buse 100 définit un alésage cylindrique axial 1 12b débouchant sur l'orifice d'injection 124 et dont le diamètre est précisément défini pour former un siège dans lequel peut coulisser un obturateur 200 que l'on va maintenant décrire, pour sélectivement obturer ou non la sortie basse d'un canal d'amenée annulaire CA2 tel qu'on le détaillera dans la suite.

L'obturateur 200 formé de deux parties 210 et 220, respectivement intérieure et extérieure, assemblées l'une à l'autre de façon solidaire en translation axiale.

La partie extérieure 220 de l'obturateur est de forme généralement tubulaire, avec un alésage cylindrique intérieur 221 parcourant ici toute son étendue axiale. Cette partie possède dans une région située au droit du canal 1 15 de la partie intérieure 1 10 du corps de buse des aménagements permettant la mise en communication de ce canal 1 15 avec l'intérieur de l'alésage 221 indépendamment de la position axiale de l'obturateur 200 dans l'alésage 1 1 1 (dans la gamme de déplacement axiale dudit obturateur). Ces aménagements comprennent un canal radial traversant 225 formé dans la partie 220 de l'obturateur, débouchant extérieurement sur un rétrécissement annulaire 224 formé dans la surface extérieure de la partie 220 et s'étendant sur une hauteur, en direction axiale, déterminée de telle sorte que, quelle que soit la position de l'obturateur (voir figures 1A, 1 B et 1 C décrivant ses trois positions stables), la communication entre l'arrivée de la matière A et l'intérieur de l'alésage 221 soit assurée.

En variante, on pourrait donner au canal traversant 225 une forme oblongue en direction axiale.

Par ailleurs, la région basse 222 de la partie extérieure 220 d'obturateur présente une section réduite de façon à délimiter avec la partie intérieure 1 10 du corps de buse le canal d'amenée CA2.

Au niveau de l'extrémité de la partie extérieure 220 de l'obturateur située côté point d'injection, son alésage 221 s'ouvre en direction dudit point d'injection. Cette extrémité est en outre apte, comme l'illustrent bien les figures 2A, 2B et 2C, à coopérer, dans une relation d'étanchéité à la matière injectée, avec l'alésage cylindrique 1 12b de la partie de corps intérieure 1 10, le diamètre extérieur de la partie 220 étant égal ou très légèrement inférieur (au diamètre intérieure dudit alésage 1 12b. Pour guider l'entrée de l'extrémité de la partie 220 dans l'alésage 1 12b, ladite extrémité présente extérieurement un léger biseau 228 (voir figure 2A).

La partie intérieure 210 de l'obturateur 200 est reçue centralement dans l'alésage 221 de la partie 220, les deux parties étant solidaires en rotation et en translation. Cette solidarisation peut être réalisé par emmanchement à force, vissage, soudage, etc.

La partie d'obturateur 210 comprend une région supérieure 21 1 par laquelle elle se loge intimement dans la région supérieure de l'alésage 221 , et une région inférieure 212 de diamètre plus étroit, définissant ainsi entre elle et l'alésage 221 un troisième canal annulaire CA3 s'étendant jusqu'à l'ouverture débouchante inférieure dudit alésage 221 .

La transition entre les régions supérieure et inférieure 21 1 , 212 de la partie 210 est située immédiatement au-dessus du canal radial 225 formé dans la partie 220 pour l'amenée de la matière A, de telle sorte que le canal CA3 est alimenté avec ladite matière.

A son extrémité inférieure sur les figures, la partie 210 de l'obturateur se prolonge au delà de l'ouverture débouchante de la partie 220 et comporte une élément d'obturation terminal 214 capable de pénétrer, dans une relation d'étanchéité aux matières injectées, dans l'orifice d'injection 124 formé dans l'embout. Pratiquement, cette obturation est réalisée par simple pénétration de l'élément 214 dans l'orifice 124, en étant éventuellement complétée par un appui de surfaces tronconiques entre un épaulement entourant l'élément et un biseau 128 entourant intérieurement l'orifice 124.

La distance axiale entre cet élément d'obturation terminal 214 et l'extrémité de la partie extérieure 220 de l'obturateur est déterminée avec précision en fonction de la distance axiale entre l'orifice d'injection 124 et le bord supérieur de l'alésage 1 12b formant siège pour la partie inférieure de la partie extérieure d'obturateur.

La structure de buse décrite ci-dessus permet d'amener la matière A dans le canal annulaire CA1 défini entre les deux parties 1 10, 120 du corps de buse, d'amener la matière B dans le canal annulaire CA2 défini entre la partie intérieure 1 10 du corps de buse et la partie extérieure 220 de l'obturateur, et d'amener la matière A également dans le canal annulaire CA3 défini entre les parties extérieure et intérieure 220, 210 de l'obturateur.

La position de l'obturateur est commandée par un actionneur, par exemple un vérin pneumatique ou hydraulique connu en soi (non représenté), de manière à ce que l'obturateur puisse adopter sélectivement l'une des trois positions illustrées sur les figures 1A et 2A, 1 B et 2B, et 1 C et

2C respectivement.

On va maintenant décrire le fonctionnement et le comportement de la buse telle que décrite ci-dessus en fonction de la position de l'obturateur.

Sur les figures 1A et 2A, l'obturateur 200 est en position entièrement levée, si bien que d'une part l'élément d'obturation terminal 214 de la partie intérieure de la partie d'obturateur 210 est située à distance de l'orifice d'injection 124, et d'autre part l'extrémité inférieure de la partie extérieure d'obturateur 220 est située à distance de l'alésage 1 12b. Dans cette situation, les trois flux de matière véhiculés dans les trois canaux annulaires CA1 , CA2 et CA3 peuvent atteindre la région de l'orifice d'injection 124 et organiser leur stratification dans cette région, pour former un flux de sortie tri- matière vers la cavité de moulage.

Sur les figures 1 B et 2B, l'obturateur a été descendu par son actionneur jusqu'à une position intermédiaire telle que l'extrémité inférieure de la partie extérieure d'obturateur 220 s'est engagée de façon étanche à la matière injectée dans l'alésage 1 12b qui forme son siège. De la sorte le flux de matière B arrivant via le canal annulaire CA2 est stoppé, et la buse injecte seulement la matière A continuant à lui parvenir via les canaux annulaires CA1 et CA3.

Enfin sur les figures 1 C et 2C, l'obturateur a été descendu jusque par son actionneur jusqu'à sa position la plus basse, où non seulement l'extrémité inférieure de la partie extérieure d'obturateur 220 est engagée de façon obturante dans son siège 1 12b, mais l'élément d'obturation terminal 214 de la partie intérieure d'obturateur 210 ferme l'orifice d'injection.

Dans cette situation, les trois flux de matière sont bloqués. Le système d'injection peut être découplé des cavités de moulage et les pièces éjectées, en vue d'un nouveau cycle.

On comprend de ce qui précède qu'en pilotant l'actionneur de l'obturateur 200 pour qu'il adopte sélectivement l'une des trois positions décrites, on peut sélectivement interrompre tout flux de matière, injecter un flux sandwich des matières ABA, ou injecter seulement la matière A.

En cadençant la commande d'obturateur en fonction du remplissage de la cavité de moule, il est donc possible de localiser dans la pièce finie une couche intermédiaire de matière B, ayant la fonctionnalité souhaitée seulement là où cette fonctionnalité est nécessaire, alors que d'autres parties de la pièce finie seront constituées seulement de la matière A. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et représentée sur les dessins, mais l'homme du métier saura y trouver de nombreuses applications et y apporter de nombreuses variantes et modifications.

En particulier :

- elle peut être utile pour réaliser des pièces de tailles extrêmement diverses, y compris de très grosses pièces telles que cuves et fûts ;

- elle peut mettre en jeu des matières injectables extrêmement diverses, et notamment des combinaisons de matières issues du recyclage avec d'autres matières ;

- la géométrie de la buse, et le cas échéant les pressions d'amenée des matières, peuvent être adaptées pour faire varier les proportions des matières A, B et C dans la pièce finale, et donc les épaisseurs relatives des couches correspondantes, avec notamment la possibilité d'avoir une matière B économique, représentant la plus grande quantité de matière (typiquement jusqu'à 80% ou davantage), et des matières A et C plus nobles, constituant des peaux ;

- comme on l'a dit, la buse peut être utilisée pour amener au point d'injection un flux de trois matières distinctes A, B, C et non pas les matières A, B, A ; pour ce faire, il suffira de prévoir deux amenées distinctes pour les matières A et C, l'une en communication avec le seul canal annulaire CA1 et l'autre en communication avec le canal annulaire CA3 sans être relié au canal annulaire CA1 , c'est-à-dire pratiqué en un endroit où les deux parties de corps 1 10 et 120 sont en contact intime ;

- la buse peut être adaptée pour que l'injection des matières en strates s'effectue non pas par un orifice circulaire unique, mais selon une sortie de forme annulaire, pour réaliser notamment des pièces de révolution creuses ou partiellement creuses ayant une triple couche A, B, A ou A, B, C dans sa paroi périphérique.