FR2467825A1 - Procede et dispositif pour le refroidissement des moules pour articles en verre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le refroidissement des moules lors de la fabrication d'articles en verre et notamment des récipients. Suivant l'invention, le refroidissement des moules se fait par l'intermédiaire d'organes externes entourant les moules et refroidits par un liquide, notamment par de l'eau, lesdits organes externes refroidissant eux-mêmes les moules par convection ou conduction indirecte. L'invention s'applique au refroidissement de tous les types de moules utilisés pour la fabrication de bouteilles, flacons, pots...

Description

PROCEDE ET DISPOSITÄ y OUR LE REFROIDISSEMENT DE

6OULES

La présente invention concerne la fabrication d'articles en verre tels que des bouteilles, flacons,

pots,... Elle concerne plus particulièrement un pro-

cédé et un dispositif pour le refroidissement des mou-

les utilisés lors de la fabrication de ces articles.

Dans la fabrication d'articles en verre par mou-

lage à partir d'une paraison, il est indispensable de refroidir les moules pour obtenir un article de bonne qualité. Généralement, le refroidissement des moules se fait par soufflage d'air sur leur paroi externe ce qui

présente quelques avantages mais aussi beaucoup d'in-

convénients. L'air est un fluide bon marché. Cependant, pour avoir un refroidissement efficace, il faut que l'air soufflé arrive au contact du moule à grande vitesse, ce qui d'une part nécessite un ventilateur puissant donc une consommation d'énergie importante et d'autre part crée des nuisances acoustiques, surtout lorsque, pour augmenter l'efficacité du refroidissementon utilise

des moules équipés d'ailettes.

A titre d'indication, sur une machine Hartford IS8, il est nécessaire d'utiliser un ventilateur d'une puissance de l'ordre de 110KW pour obtenir une vitesse de l'air de l'ordre de 40 à 65 m/s, ce qui crée un bruit d'une intensité d'environ 90 à 110 décibels,

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En outre, dans le refroidissement par air, le fluide quitte le moule à une température élevée, de l'ordre de 600C, ce qui rend les conditions de travail

particulièrement pénibles.

Pour remédier à ces inconvénients, il a été pro- posé de refroidir les moules par circulation interne de

liquides caloporteurs. Ce type de refroidissement mon-

tre d'autres défauts.

Les liquides caloporteurs utilisés sont des li-

quides organiques capables de travailler à haute tem-

pérature, mais inflammables, donc dangereux à utiliser

au voisinage d'articles incandescents tels les parai-

sons ou les bouteilles en cours de fabrication. En outre ce sont des liquides dont la vaporisation ou la

décomposition thermique dégagent des vapeurs toxiques.

Leur utilisation pour refroidir des moules nécessite donc une surveillance particulière de tout le circuit

de refroidissement, car la plus légère fuite de liqui-

de peut provoquer des accidents graves.

La présente invention obvie aux inconvénients cités. Elle propose un nouveau type de refroidissement, peu bruyant, économique, non dangereux, très facile à maîtriser, capable d'agir de façon différenciée d'un endroit à l'autre des moules et qui permet ainsi de

fabriquer des articles ayant un très bon état de sur-

face et une résistance mécanique améliorée.

Selon un des aspects de l'invention, le refroi-

dissement des moules n'est pas direct mais il se fait par Ilintermédiaire d'organes externes entourant les moules refroidis par liquide,et refroidissant eux-mêmes

les moules par conduction ou convection.

Les organes externes que l'on refroidit ainsi

peuvent être les supports des moules eux-mêmes, à sa-

voir en règle générale les charnières dont les mâchoi-

res portent les deux moitiés d'un moule, les maintenant

rapprochées lors du formage des articles puis les écar-

tant pour libérer lesdits articles après leur moulage.

Le refroidissement indirect des moules permet d'utiliser des moules de forme simple et légers; il

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n'exige donc pas la fabrication de moules spéciaux mu-

nis d'ailettes ou encore comme c'est le cas dans le

refroidissement par circulation interne de liquide ca-

loporteur comprenant un circuit de refroidissement in-

corporé dans leur masse.

Il est moins brutal que le refroidissement di-

rect, ce qui permet de mieux maîtriser la température du moule. On peut doncavantageusement, utiliser pour le refroidissement un liquide à basse température, de préférence un liquide inorganique, et avantageusement

de l'eau, liquide le plus économique qui soit, éven-

tuellement mélangée avec un peu de glycérine; on évite

ainsi tout risque de formation de vapeurs toxiques.

Sous l'un des aspects de l'invention, la tempéra-

ture du liquide inorganique de refroidissement est in-

férieure à 100C et de préférence inférieure à 500C.

Lorsqu'il s'agit d'eau, sa température d'emploi peut

descendre à 400C et moins. Il en résulte que la tempé-

rature de la charnière est plus basse que dans un re-

froidissement par air,qu'on peut donc la fabriquer en un matériau plus léger que la fonte, par exemple en acier, et cela sans risque de déformation, et en outre

qu'on peut la toucher sans risque de brûlures.

Sous l'un des aspects de l'invention, on réalise un refroidissement différencié du moule: on règle le

flux de chaleur entre le moule et les organes refroi-

disseurs à chaque endroit du moule, par exemple en créant des espaces libres d'épaisseurs diverses entre le moule et ces organes, ou encore en plaçant entre le moule et eux des intercalaires plus ou moins épais en un matériau plus ou moins conducteur de chaleur, par exemple le cuivre ou l'aluminium. On peut ainsi, en interposant une épaisseur moindre ou un matériau plus

conducteur, refroidir plus fortement la partie du mou-

le formant le fût du récipient que la partie formant le

col, pour obtenir en fin de compte une température sen-

siblement homogène sur toutes les parties du récipient

en cours de fabrication. Tout en augmentant leur caden-

ce de fabrication, on obtient ainsi des récipients en

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verre ayant un bon état de surface, généralement -

meilleur que celui obtenu avec un refroidissement par

air et exempts de "peau de crapaud".

Un autre avantage d'un refroidissement par un liquide inorganique est qu'il permet de recycler le

liquide de refroidissement en récupérant éventuelle-

ment une partie de la chaleur évacuée par lui lors de

la fabrication du récipient.

Sous un autre aspect de l'invention, les organes refroidisseurs entourent les deux demi-coquilles des

moules et possèdent un circuit de refroidissement in-

corporé, selon un tracé chicané par exemple, ainsi qu'une alimentation et une évacuation de liquide de refroidissement.

Les organes refroidisseurs appartiennent essen-

tiellement aux charnières à mâchoires articulées qui équipent les machines pour la fabrication de récipients

et qui assurent l'ouverture et la fermeture des moules.

Ils peuvent assurer aussi bien le refroidissement

d'un moule à simple paraison que celui d'un moule à dou-

ble ou triple paraison, celui d'un moule ébaucheur aussi

bien que celui d'un moule finisseur.

Dans une mise en oeuvre de l'invention, chacune des mâchoires de la charnière est formé d'une pièce unique assurant à la fois les fonctions mécaniques et

la fonction de refroidissement. -

Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, chacune des deux mâchoires articulées d'une charnière comprend deux éléments essentiels: un élément extérieur assurant les fonctions mécaniques de la charnière, et

un élément intérieur refroidisseur entourant le demi-

moule, qui comprend, incorporé dans sa masse, le cir-

cuit de refroidissement.

Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, chaque mâchoire d'une charnière peut comprendre deux organes constitutifs essentiels séparés par un espace

dans lequel peut circuler le liquide de refroidisse-

ment. Les espaces intercalaires entré les organes

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refroidisseurs et le moule peuvent varier de 0 à quel-

ques millimètres selon la taille du moule et leurs emplacements.

D'autres avantages et caractéristiques de l'in-

vention apparaîtront par la suite dans la description

d'exemples de réalisations de l'invention.

La figure 1 représente en coupe schématique d'un

ensemble d'une charnière et d'un moule dans une réali-

sation selon laquelle chacune des mâchoires de la char-

nière est formée de deux éléments.

La figure 2 représente l'élément refroidisseur de la charnière dans deux demi-vues en plan, l'une de

dessus (A), l'autre de dessous (B).

La figure 3 représente en élévation l'élément refroidisseur de la charnière selon une vue en coupe partielle. La figure 4 représente cette même partie selon

une section périphérique développée.

La figure 5 représente selon une vue en plan la

partie extérieure des deux mâchoires d'une charnière.

La figure 6 représente en élévation cette partie

extérieure de la charnière.

La figure 7 représente en plan l'élément refroi-

disseur d'une charnière pour une fabrication en double

paraison.

La figure 8 représente en élévation cet élément refroidisseur. La figure 9 représente en élévation une coupe axiale d'un moule finisseur, La figure 10 représente un schéma de l'ensemble

du circuit de refroidissement.

La figure 1 représente un ensemble constitué

d'une charnière équipée de deux machoires 1 et 2 entou-

rant deux coquilles 3 et 4 formant un moule pour la fa-

brication d'une bouteille en verre. Chaque mâchoire

comprend un élément internerespectivement 5 et 6,en-

tourant une coquille et muni d'un circuit de refroi-

dissement,7 et 8, incorporé dans sa masse. Ces deux éléments internes forment ensemble ce qui sera dénommé

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par la suite refroidisseur de la mâchoire. Les deux élé-

ments internes formant le refroidisseur sont entourés de deux parties externes ou bras supports 9 et 10 pouvant s'ouvrir en écartant les deux coquilles du moule ou se rapprocher pour les joindre comme représenté sur la figure. Entre la face interne 11 du refroidisseur et la face externe 12 des coquilles du moule subsistent des

espaces libres 13.

Les figures 2,3 et 4 représentent le refroidisseur d'une charnière pour un seul moule dans une fabrication

en simple paraison. Ce refroidisseur composé essentiel-

lement de deux chemises hémicylindriques en acier 5 et 6, dont la partie supérieure 14 présente un épaulement pour l'assemblage avec la partie extérieure 10 de la mâchoire, sur laquelle elle est fixée par des vis 16,

supporte et entoure les deux coquilles formant le moule.

Chaque chemise comprend deux parties: un corps

supérieur présentant côte à côte quatre chambres verti-

cales 17 qui s'étendent sur la majeure partie de la hauteur de la chemise et un fond 18 fermant les chambres

et fixé au corps par des vis 19. Chaque chambre communi-

que avec sa voisine par des ouvertures 20 placées alter-

nativement à chaque extrémité, de sorte que l'ensemble forme un circuit en chicane. Les fentes couvrent chacune une longueur d'arc d'environ 45 mm, sur une épaisseur

d'environ 6 mm. L'épaisseur de paroi séparant les cham-

bres de la face intérieure des deux chemises est voisine

de 6 mm.

Chaque chemise présente deux ouvertures, placées l'une à l'entrée du circuit chicané et l'autre à la sortie de ce circuit. Ces deux ouvertures sont reliées

par des conduits au circuit d'alimentation et d'évacua-

tion du fluide de refroidissement non représenté sur

ces figures.

Les figures 5 et 6 représentent la partie exté-

rieure d'une charnière. Cette partie extérieure est formée essentiellement de deux bras 9 et 10 articulés autour d'un même axe vertical fixe 21. Ces deux bras peuvent être en fonte; mais de préférence, pour des

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raisons de poids et de commodité de fabrication déjà

invoquées, ils sont construits en acier.

Les bras présentent une forme adaptée à celle des chemises, celles-ci se fixant par vis dans les trous filetés 22. Des trous 23 sont prévus dans des oreilles 24 pour la liaison des bras avec l'organe de

commande de l'ouverture et de la fermeture.

Une même charnière peut être utilisée pour le refroidissement de plusieurs types de moules donc pour

des fabrications d'articles différents.

Les figures 7 et 8 représentent le refroidisseur

d'une charnière pour moules dans une fabrication d'é-

bauches de bouteilles en double paraison. Ce refroi-

disseur comprend deux blocs 25 et 26 munis chacun de deux évidements hémicylindriques 27 et 28 pour la

pose des coquilles des moules. Seul le bloc 25 est re-

présenté sur la figure 8 qui est une vue suivant VIII-

VIII de la figure 7.

Chaque bloc est à nouveau formé d'un corps 29 porteur de chambres 30 et d'un fond 31 fixé par des vis 32 sur le corps et formant la limite inférieure des

chambres 30.

Dans cette réalisation, chaque bloc présente qua-

tres chambres disposées deux à deux suivant deux demi-

cercles centrés sur les axes 34 correspondant à l'em-

placement des deux moules et communiquant entre elles

par des ouvertures 35 pour former un circuit chicané.

Les chambres s'étendent sur la majeure partie de la hauteur des blocs. Leur largeur suivant un arc de cercle est d'environ 45 mm alors que leur épaisseur est

d'environ 8 mm. L'épaisseur de la paroi en acier sépa-

rant les fentes de la face intérieure des blocs est de 6 mm environ. Chaque bloc présente deux ouvertures 36 et 37 en communication avec les chambres, pour l'entrée

et la sortie du fluide de refroidissement.

La figure 9 représente une coquille 33 d'un moule finisseur adapté aux nouvelles machoires et utilisé pour

la fabrication d'une bouteille de 1 litre de capacité.

La coquille d'un moule présente extérieurement la

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forme d'un demi cylindre ayant dans sa partie supérieu-

re un épaulement 38 servant au montage sur une charnière.

La face extérieure 39 de la coquille présente plu-

sieurs anneaux de plus ou moins grande hauteur et de diamètre différents. A l'exception de deux ou trois anneaux 40 de même

diamètre correspondant au diamètre intérieur du refroi-

disseur et servant de guides de positionnement de la coquille dans ce refroidisseur, tous les autres anneaux

ont des diamètres plus faibles et qui peuvent être diffé-

rents l'un de l'autre. L'anneau de plus faible diamètre

41 est situé dans la partie supérieure du moule corres-

pondant au goulot 42 de l'article à fabriquer. Les dia-

mètres des anneaux inférieurs suivants 42,43 et 44

augmentent ensuite par escaliers pour atteindre un dia-

mètre maximum à la base du moule. A titre d'indication, le diamètre d1, le plus faible, peut être de 150 mm, le diamètre d2 de 156,4 mm, le diamètre d3 de 157,4 mm, le diamètre d4 de 157,8 mm, le diamètre do des anneaux de positionnement dans le refroidisseur approprié peuvent

être alors de 158 mm.

Cette structure extérieure du moule,à anneaux de diamètres différents, crée des espaces variables entre le moule et la face intérieure de diamètre constant du

refroidisseur. De ce fait, le refroidissement des par-

ties du moule est différencié selon leur nature. Ainsi la partie supérieure du moule étant plus espacée de la

face intérieure du refroidisseur que la partie inférieu-

re, elle est moins refroidie. Etant donné que la partie supérieure du moule correspondant au goulot 42 de la bouteille est moins chauffée par le verre chaud que la

partie correspondant au fût 45 de la bouteille, le re-

froidissement différencié du moule conduit finalement à une température plus homogène de celui-ci et, par là, à une température plus homogène de l'article fabriqué,

d'o un meilleur état de surface et une résistance mé-

canique améliorée.

En donnant une structure en anneau à la face ex-

térieure des coquilles du moule plutôt qu'à la face in-

térieure du refroidisseur, on peut utiliser un même

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refroidisseur pour différents types de moules.

La figure 10 représente un schéma du circuit de refroidissement selon l'invention utilisant de l'eau

comme fluide réfrigérant.

Une canalisation 46 alimente en eau à 160C envi- ron une vanne mélangeuse de régulation 47 commandée par

un servo-moteur 48. Arrive également à la vanne de régu-

lation par la conduite 49 une partie de l'eau recyclée, comme décrit par la suiteaprès refroidissement des

charnières. L'eau mélangée sort de la vanne de régula-

tion et passe par un conduit 50 sur lequel sont bran-

chés un manomètre 51 déterminant la pression du liquide

ainsi qu'un débitmètre 52 mesurant son débit. La tempé-

rature de l'eau est mesurée par un thermocouple 53 fonc-

tionnant en relation avec un régulateur PID 54 (régu-

lateur à action proportionnelle intégrale dérivée), agissant sur le servomoteur de la vanne de régulation pour obtenir un mélange d'eau à une température de 200C environ. Sur le conduit d'alimentation principal 55, se branchent plusieurs dérivations équipées chacune d'une vanne de débit. Le conduit principal peut alimenter plusieurs charnières simultanément pour les refroidir; pour chaque charnière le circuit de refroidissement compte deux dérivations. Ainsi, les deux dérivations 56 et 57 aboutissent chacune à une des deux parties 58 et 59 du refroidisseur entourant les deux coquilles 60 et

61 du moule.

Après avoir circulé dans les circuits chicanés du refroidisseur, le liquide de refroidissement débouche à une température généralement inférieure à 400C et en principe de 26 à 300C. Ces températures sont mesurées par thermocouples. Les deux dérivations, équipées de

vannes de débit 62 et 63 et de débitmètres se rejoi-

gnent en un conduit principal 64 qui se divise en deux par la suite, un premier conduit 65 rejetant hors du circuit de refroidissement une partie de l'eau tiède qui est éventuellement récupérée pour d'autres usages, et un deuxième conduit 66 sur lequel est montée une pompe 67 recyclant l'autre partie de l'eau tiède vers

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la vanne de régulation 47.

Les exemples décrits en -relation avec les figures

sont des réalisations o chaque mâchoire d'une charniè-

re est formée de deux éléments essentiels: un élément intérieur comprenant le circuit de refroidissement et un élément extérieur formant support et commandant le pincement.

Dans une autre réalisation avantageuse de ltin-

vention ces deux parties essentielles sont formées d'une seule pièce. On élimine ainsi les jeux provenant d'un

assemblage et par là on mattrise encore mieux le refroi-

dissement différencié.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de refroidissement de moules lors de

la fabrication d'articles en verre tels que des bou-

teilles, flacons, pots, caractérisé en ce qu'on refroi-

dit des organes externes entourant les moules à l'aide

d'un liquide de refroidissement, lesdits organes exter-

nes refroidissant eux-mêmes les moules par convection

ou conduction indirecte.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les organes externes refroidis sont les sup-

ports du moule et en particulier appartiennent aux charnières actionnant l'ouverture et la fermeture des

deux coquilles de celui-ci.

3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est

essentiellement un liquide inorganique.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que le liquide inorganique est de l'eau.

5. Procédé selon une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que la température du liquide de re-

froidissement reste inférieure à environ 500C.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que le refroidissement du moule est

différencié, étant plus important au niveau de la par-

tie du moule formanit le fût du récipient qu'au niveau

de la partie formant le col et le goulot.

7. Dispositif pour le refroidissement des moules lors de la fabrication de récipients en verre tels que des bouteilles, flacons, pots, caractérisé en ce qu'il

comprend des moyens refroidisseurs entourant extérieu-

rement les coquilles (3,4) des moules, et que lesdits

moyens refroidisseurs comprennent un circuit de refroi-

dissement (7,8) raccordé à une alimentation et une éva-

cuation en liquide de refroidissement permettant la cir-

culation de ce liquide de refroidissement.

8. Dispositif selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que les moyens refroidisseurs entourant les coquilles des moules sont les charnières assurant par leurs mâchoires articulées l'ouverture et la fermeture

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des moules.

9. Dispositif selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que chaque mâchoire articulée d'une charniè-

re comprend autour du moule deux éléments essentiels: un élément extérieur (9,10) assurant les fonctions mé- caniques de la charnière et un élément intérieur (5,6,

,26,58,59) refroidisseur comprenant le circuit de re-

froidissement incorporé dans sa masse.

10. Dispositif selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que chaque mâchoire d'une charnière est for-

mée d'une pièce unique comprenant le circuit de refroi-

dissement incorporé dans sa masse.

11. Dispositif selon une des revendications 8 à 10,

caractérisé en ce que le circuit de refroidissement in-

corporé dans la charnière est un circuit chicané.

12. Dispositif selon une des revendications 8 à 11,

caractérisé en ce que chaque charnière est apte à sup-

porter et refroidir simultanément plusieurs moules.

13. Dispositif selon une des revendications 8 à 12,

caractérisé en ce que les charnières sont en acier.

14. Dispositif selon une des revendications 8 à 13,

caractérisé en ce qu'il existe des espaces (13) entre la face interne d'une charnière et la face externe d'un moule.

15. Dispositif selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que l'épaisseur des espaces est fonction de la partie refroidie du moule et que cette épaisseur croit du niveau de la partie du moule formant la base large d'un récipient jusqu'au niveau de la partie du

moule formant le col et le goulot dudit récipient.

16. Dispositif selon une des revendications 14 à

, caractérisé en ce que les espaces compris entre la face interne d'une charnière et la face externe d'un

moule sont remplis d'air.

17. Dispositif selon une des revendications 14 à 15,

caractérisé en ce que des éléments de bagues métalliques plus ou moins conducteurs de la chaleur sont placés dans

une partie au moins des espaces compris entre la face in-

terne d'une charnière et la face externe d'un moule.