FR2906503A1 - Dispositif de fixation d'un film sur un reservoir en matiere plastique - Google Patents

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Richard Lesschaeve
Pierre Francois Tardy
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Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Original Assignee
Inergy Automotive Systems Research SA
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Abstract

Un dispositif de fixation (10) d'un film sur une paroi d'un réservoir en matière plastique comprenant une source laser (12) et une alimentation, le dispositif (10) étant configuré pour diriger un faisceau laser primaire (18) émis par la source laser (12) sur le film pour le fixer sur le réservoir par soudage. Selon un aspect important de l'invention, le dispositif de fixation (10) comprend en outre un découpleur optique (16) en aval de la source laser (12), dans lequel le découpleur optique (16) divise le faisceau laser primaire (18) reçu de la source laser (12) en une pluralité de faisceaux laser secondaires (22). Le dispositif de fixation (10) comprend également une pluralité de têtes laser (20), dont chacune est alimentée par un faisceau laser secondaire (22), les têtes laser (20) étant agencées de manière à diriger les faisceaux laser secondaires (22) sur le film pour le fixer sur le réservoir par soudage.

Description

1 Dispositif de fixation d'un film sur un réservoir en matière plastique
La présente invention concerne un dispositif de fixation d'un film sur un réservoir en matière plastique, en particulier un dispositif de fixation d'un film barrière aux carburants sur un réservoir à carburant. Les réservoirs à carburant en matière plastique utilisés dans l'industrie, en particulier dans l'industrie automobile pour équiper les véhicules, comportent généralement un ou plusieurs accessoires qui leur sont associés tels que des clapets d'aération et de mise à l'air, des pipettes de prélèvement, des capteurs divers et leurs connexions, des modules de jauge et de pompage. De tels accessoires sont généralement montés dans un orifice ménagé dans la paroi du réservoir à carburant. Ces réservoirs à carburant doivent satisfaire à des normes d'étanchéité et de perméabilité de plus en plus draconiennes. Les limites d'émissions permises sont devenues tellement faibles que les pertes liées aux fuites et à la perméabilité des interfaces des accessoires avec le réservoir ont pris une proportion relative plus élevée dans les pertes totales du système réservoir + accessoires. Il est connu, par la demande de brevet WO 01/21428 au nom de la demanderesse, d'obturer des ouvertures de réservoir en matière plastique multicouche pratiquées pour introduire ou fixer un accessoire dans le réservoir au moyen d'une plaque de structure multicouche compatible avec celle du réservoir, que l'on soude sur la paroi externe de ce dernier. La demande de brevet WO 03/035424 au nom de la demanderesse également, propose un procédé de fabrication d'un réservoir à carburant dans lequel un film souple de structure multicouche, comprenant au moins une couche barrière aux carburants, est posé par-dessus la plaque multicouche et est solidarisé avec le réservoir par une soudure sur la paroi extérieure de ce dernier sur toute la périphérie du film. Un tel procédé permet de fabriquer un réservoir dans lequel les émissions aux interfaces entre le réservoir et l'accessoire sont davantage réduites. Dans le cas où l'accessoire est totalement recouvert par le film, une très bonne imperméabilité compatible avec les normes PZEV est obtenue. Le film est soudé sur la paroi extérieure du réservoir par soudure au laser.
2906503 2 Un dispositif de fixation avec une source laser et une alimentation est prévu. Le dispositif de fixation comprend une tête laser dans laquelle est installée la source laser et qui est conçue de manière à diriger un faisceau laser sur la zone à souder. Le faisceau laser permet de souder ponctuellement le film sur la paroi 5 extérieure du réservoir. Pour bien fixer le film sur la paroi du réservoir, il est nécessaire de déplacer le faisceau laser sur plusieurs points de la surface à souder. Le dispositif de fixation est ainsi pourvu d'un mécanisme pour déplacer la tête laser de manière à diriger le faisceau laser sur ces différents points. Ces mouvements mécaniques de la tête laser sont généralement assurés par un robot.
10 Un inconvénient d'un tel dispositif est le temps de soudure relativement long. En fait, une majeure partie du temps de soudure est pris par le déplacement du faisceau laser d'un point de soudure à l'autre. En outre, la source laser est un élément fragile et le déplacement de la tête laser n'est pas sans risques. En effet, si la tête laser heurte, lors de son déplacement, un élément du dispositif de 15 fixation, la source laser peut être endommagée. L'accélération et la décélération de la tête laser doit également être modérée pour éviter l'endommagement de la source laser. L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif de fixation permettant une vitesse de soudure plus élevée. Ce but est atteint par un dispositif 20 de fixation selon la revendication 1. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un dispositif de fixation d'un film sur une paroi d'un réservoir en matière plastique, le dispositif comprenant une source laser et une alimentation, le dispositif étant configuré pour diriger un faisceau laser primaire émis par la source laser sur le film pour le 25 fixer sur le réservoir par soudage. Selon un aspect important de l'invention, le dispositif de fixation comprend en outre: un découpleur optique en aval de la source laser, qui divise le faisceau laser primaire reçu de la source laser en une pluralité de faisceaux laser secondaires; et 30 une pluralité de têtes laser, dont chacune est alimentée par un faisceau laser secondaire, les têtes laser étant agencées de manière à diriger les faisceaux laser secondaires sur le film pour le fixer sur le réservoir par soudage. Un tel dispositif permet d'effectuer une soudure multipoints en une seule opération, sans nécessiter de déplacer les têtes laser. La soudure du film sur la paroi du réservoir peut ainsi être effectuée rapidement. Le dispositif de fixation est mis en place de manière à ce que les faisceaux laser secondaires des 2906503 3 différentes têtes laser soient dirigés sur les différents points de soudure. La source laser est activée et la soudure du film sur la paroi du réservoir est effectuée sur une pluralité de points de soudure en une seule opération. Pour la soudure sur plusieurs points de soudure, il n'est donc pas nécessaire de déplacer 5 la tête laser pour diriger le faisceau laser sur un autre point de soudure. Le temps nécessaire pour fixer un film sur une paroi d'un réservoir peut donc être considérablement réduit. Le dispositif comprend de préférence une fibre optique agencée entre la source laser et le découpleur optique pour transporter le faisceau laser primaire 10 depuis la source laser vers le découpleur optique. Le dispositif comprend en outre de préférence une pluralité de fibres optiques agencées entre le découpleur optique et le film pour transporter la pluralité de faisceaux laser secondaires depuis le découpleur optique vers les différentes têtes laser. Selon un mode préférentiel de l'invention, le dispositif de fixation 15 comprend en outre un outillage de préhension pour le film, les têtes laser étant montées sur l'outillage de préhension. Un tel outillage de préhension peut être utilisé pour mettre le film en place sur la paroi du réservoir et/ou pour le maintenir dans une position désirée. Avec les têtes laser montées sur l'outillage de préhension, la mise en place du film à souder sur la paroi du réservoir permet 20 simultanément la mise en place des têtes laser pour effectuer la soudure. Avantageusement, les têtes laser sont montées de manière mobile sur l'outillage de préhension et le dispositif comprend en outre un moyen pour déplacer les têtes laser par rapport à l'outillage de préhension. La disposition mobile des têtes laser sur l'outillage de préhension permet à chaque tête laser 25 d'effectuer une pluralité de points de soudure. Grâce à la pluralité de têtes laser, le déplacement des têtes laser se fait sur un trajet restreint. De manière particulièrement avantageuse, les têtes laser sont mobiles en continu et le dispositif comprend une unité de commande pour déplacer les têtes laser de manière à ce que le trajet combiné de chaque tête laser forme une ligne 30 de soudure continue. Le dispositif de fixation peut être utilisé pour créer une ligne de soudure continue entre le film et la paroi du réservoir. Ainsi, un cordon de soudure continu est formé et le film soudé sur la paroi du réservoir permet d'assurer une excellente étanchéité. L'outillage de préhension peut comprendre un support unique portant 35 toutes les têtes laser. Alternativement, l'outillage de préhension peut comprendre plusieurs supports portant une ou plusieurs têtes laser, l'ensemble 2906503 4- des supports étant reliés au découpleur par une série de bras articulés comprenant la ou les fibre(s) optique(s) associée(s) aux tête(s) qu'il supporte ainsi qu'un dispositif (ressort par exemple) apte à appliquer une pression sur le support auquel il est associé. Dans cette variante, les supports sont de préférence accolés 5 sur le film de manière à pouvoir réaliser une soudure continue. De préférence, le ou les supports sont en un matériau transparent au rayon laser, tel que du plexiglas par exemple. De préférence également, ils sont souples et/ou munis d'un joint souple sur leur surface inférieure. En effet, l'outillage de préhension doit de préférence assurer un contact constant du film 10 sur le réservoir. Or, il y a des variations dimensionnelles naturelles de l'état de surface d'un réservoir à carburant. L'utilisation de matériaux souples est donc préférée au niveau de la surface du support assurant cette fonction. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'outillage de préhension comprend en outre un dispositif de dépression pour créer une 15 dépression entre le film et le support, le dispositif de dépression comprenant - une chambre d'aspiration avec une ouverture dirigée vers le film, la chambre d'aspiration étant périphérique et formée de sorte à enjamber le bord du film sur toute sa périphérie, et - au moins un canal d'aspiration pour aspirer l'air de la chambre d'aspiration.
20 Un tel dispositif est décrit dans la demande FR 06.02423 au nom de la demanderesse. Grâce à une telle dépression, les interstices entre le film et la paroi du réservoir sont minimisés pour ainsi améliorer le contact entre les surfaces. Le contact intime entre ces surfaces mène à une soudure plus homogène, c'est-à-dire 25 à une soudure dans laquelle les zones froides et les zones brûlées sont évitées. Ainsi, on obtient une soudure de meilleure qualité et une imperméabilité accrue à l'interface entre le réservoir et l'accessoire. Ainsi, la chambre d'aspiration est capable d'aspirer l'air se trouvant sous le film de sorte à créer un contact intime entre le film et la paroi du réservoir, respectivement l'accessoire. L'air est évacué 30 de la chambre d'aspiration par l'au moins un canal d'aspiration relié à une pompe d'aspiration. De préférence, la dépression est faite en appliquant une dépression relative dans un intervalle allant de -800 à -60 mbar. Une telle dépression assure un contact intime entre le film et le support sur lequel il repose. Pour pourvoir utiliser un tel dispositif de dépression dans le cadre de 35 l'invention, au moins deux alternatives existent: soit la chambre d'aspiration est 2906503 5 en un matériau transparent au rayon laser et on peut souder à travers elle; soit elle est en un matériau opaque au rayon laser et on réalise d'abord une première soudure sur le film, juste devant ladite chambre (du côté intérieur à sa circonférence) et ensuite, on retire le dispositif de dépression et on réalise une 5 deuxième soudure, sur le bord du film. Dans le cas de supports multiples monté sur des bras disposés en cloche comme décrit ci-dessus, on peut également réaliser le vide indépendamment sous chaque support, ou on peut accoler les différents supports et placer une chambre d'aspiration étanche par-dessus.
10 Avantageusement, l'outillage de préhension comprend en outre un dispositif de pression disposé de sorte à exercer une pression sur le film, dans une zone de soudure, avant et/ou après la soudure par rayonnement laser. Exercer une pression sur la région de soudure, après et/ou avant la soudure, permet d'augmenter localement la pression du film sur le réservoir pour ainsi améliorer 15 le contact intime entre le film et la paroi du réservoir à carburant. La pression peut être exercée au moyen d'un dispositif de pression, tel qu'un galet rotatif ou un patin. Dans le cas d'un film épais, un patin est généralement préféré, dont le principe de glisse remplace un système rotatif d'un galet, trop fragile par forte pression. L'augmentation locale de la pression du film sur le réservoir assure une 20 meilleure fusion des matériaux, dans le cas notamment d'un réservoir à carburant avec une surface irrégulière. Elle assure également une meilleure conformation du film à la géométrie du réservoir et/ou de l'accessoire, dans le cas notamment d'un réservoir à carburant avec des formes concaves et/ou convexes sur au moins une partie de la trajectoire de soudage. De préférence, la pression exercée se 25 situe dans un intervalle allant de 6 à 18 bar. Avantageusement, le film est de structure multicouche comprenant au moins une couche barrière aux carburants. Par couche barrière aux carburants, on entend une couche imperméable aux carburants gazeux et liquides. La couche barrière comprend généralement une 30 résine barrière. Toute résine barrière connue peut être présente dans la couche barrière, pour autant qu'elle soit efficace vis-à-vis des carburants fluides susceptibles de se trouver en contact avec le réservoir et/ou l'accessoire, en particulier des hydrocarbures et qu'elle soit compatible avec la technique de fabrication de la structure du film multicouche.Parmi les résines possibles, on 35 peut citer, de manière non limitative, les polyamides ou copolyamides et les copolymères statistiques d'éthylène et d'alcool vinylique. Un mélange de 2906503 6 différentes résines barrières est aussi possible. De très bons résultats ont étés obtenus avec une couche barrière comprenant une résine barrière en copolymère statistique d'éthylène et d'alcool vinylique. Le film peut avoir été obtenu par toute technique connue conduisant à la 5 fabrication d'une structure multicouche mince et, de préférence, souple. Une technique possible est la technique d'extrusion d'un film multicouche au travers d'une filière plate. Une autre technique possible est le moulage par compression d'une plaque multicouche. L'application d'un tel film multicouche avec au moins une couche barrière 10 aux carburants est particulièrement adaptée pour créer une interface étanche entre la paroi d'un réservoir à carburant et un accessoire traversant cette paroi. Par réservoir à carburant, on entend désigner tout type de réservoir capable de stocker un carburant liquide et/ou gazeux dans des conditions de pression et température variées. Plus particulièrement visés sont les réservoirs du type 15 rencontré dans les véhicules automobiles. Dans le vocable "véhicule automobile", on entend aussi bien les voitures que les motocyclettes et les camions. Par matière plastique, on entend désigner toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse.
20 Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Les matières plastiques qui conviennent bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne 25 par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative, les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquences, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la 30 température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire.
35 En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyhalogénures de vinyle, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs 2906503 7 copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement: le carbone, les charges minérales, l'argile, la montmorillonite, les 5 sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra. Les polyoléfines ont donné de bons résultats. Parmi les polyoléfines, le 10 polyéthylène de haute densité (PERD) est préféré. L'invention s'adresse de préférence à un réservoir à carburant muni d'au moins un accessoire situé au moins en partie à l'extérieur du réservoir. Par accessoire, on entend désigner tout organe en général par lequel transite du liquide ou du gaz, ou qui est en contact avec du liquide ou du gaz et qui remplit 15 une fonction particulière propre au dispositif à carburant dont fait partie le réservoir. Des exemples de tels accessoires comprennent, non limitativement, les accessoires suivants: un récipient contenant une composition chimique ou physique quelconque, 20 notamment un canister d'absorption de vapeurs; une jauge à liquide ou à gaz; une connexion électrique aboutissant à une jauge à liquide ou à gaz; une pompe à liquide ou à gaz; un clapet de sécurité assurant la fermeture contrôlée du réservoir dans 25 certaines situations particulières; une capacité vidangeable pour recueillir du liquide; une connexion électrique d'alimentation du moteur d'une pompe à liquide ou à gaz; une canalisation de liquide aboutissant à un dispositif d'alimentation d'un 30 dispositif quelconque, notamment à un moteur; un dispositif de séparation liquide-vapeur; une connexion vers une tubulure de remplissage. Il est également possible d'utiliser une combinaison quelconque d'au moins deux accessoires, éventuellement en présence de plusieurs exemplaires d'un 35 même accessoire.
2906503 8 L'accessoire peut être situé totalement à l'extérieur du réservoir. Un exemple est un module monté sur une paroi du réservoir et remplissant une fonction particulière impliquant la présence de carburant. L'accessoire peut aussi n'être situé qu'en partie hors du réservoir. Dans ce cas, il traverse la paroi de 5 celui-ci et est muni d'une interface avec cette paroi qui assure une étanchéité relative aux gaz et aux liquides. L'accessoire est recouvert d'un dispositif de protection qui améliore l'imperméabilité de l'ensemble réservoir -accessoire. En d'autres termes, la présence du dispositif de protection permet de réduire significativement les 10 pertes de carburant à l'interface de l'accessoire avec le réservoir. Ce dispositif de protection est de préférence un film multicouche tel que décrit ci-dessus. Finalement, il est à noter que l'application d'un film multicouche avec couche barrière aux carburants permet d'obtenir pour les réservoirs à carburant, les niveaux de performance LEVII ou PZEV exigés de nos jours pour combattre la 15 pollution atmosphérique. D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant au dessin annexé. Celui-ci montre: Fig.l :une vue schématique sur un dispositif de fixation selon l'invention.
20 La figure 1 montre un dispositif de fixation 10 comprenant une source laser 12 commandée et fournie en énergie par une unité de commande 14 comprenant une alimentation. Selon l'invention, le dispositif de fixation 10 comprend un découpleur optique 16 divisant un faisceau laser primaire provenant de la source laser 12 en une pluralité de faisceaux laser secondaires. Une fibre optique 25 primaire 18 est disposée entre la source laser 12 et le découpleur optique 16 pour transporter le faisceau laser primaire vers le découpleur optique 16. Le dispositif de fixation 10 comprend en outre une pluralité de têtes laser 20, dont chacune est alimentée par un faisceau laser secondaire provenant du découpleur optique 16. Une pluralité de fibres optiques secondaires 22 est disposée entre le découpleur 30 optique 16 et les têtes laser 20 pour transporter les faisceaux laser secondaires vers les têtes laser 20. Les têtes laser 20 sont montées sur un outillage de préhension 24. Il est à noter que l'outillage de préhension 24 n'est représenté que de manière très schématique sur la figure 1. Selon un mode de réalisation de l'invention, les têtes laser 20 sont mobiles sur 35 l'outillage de préhension 24 de manière à permettre le déplacement des têtes laser 20 lors de la soudure. Ainsi, une soudure continue peut être obtenue. 9

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de fixation d'un film sur une paroi d'un réservoir en matière plastique, le dispositif comprenant une source laser et une alimentation, le dispositif étant configuré pour diriger un faisceau laser primaire émis par la source laser sur le film pour le fixer sur le réservoir par soudage, le dispositif de fixation comprenant en outre: - un découpleur optique en aval de la source laser, dans lequel le découpleur optique divise le faisceau laser primaire reçu de la source laser en une pluralité de faisceaux laser secondaires; et - une pluralité de têtes laser, dont chacune est alimentée par un faisceau laser secondaire, les têtes laser étant agencées de manière à diriger les faisceaux laser secondaires sur le film pour le fixer sur le réservoir par soudage.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une fibre optique est agencée entre la source laser et le découpleur optique pour transporter le faisceau laser primaire.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une pluralité de fibres optiques est agencée entre le découpleur optique et le film pour transporter la pluralité de faisceaux laser secondaires.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un outillage de préhension pour le film, les têtes laser étant montées sur l'outillage de préhension.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les têtes laser sont montées de manière mobile sur l'outillage de préhension et dans lequel le dispositif comprend en outre un moyen pour déplacer les têtes laser par rapport à l'outillage de préhension.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'outillage de préhension comprend un support unique portant toutes les têtes laser ou plusieurs supports portant une ou plusieurs têtes laser, l'ensemble des supports étant reliés au découpleur par une série de bras articulés comprenant la ou les fibre(s) 2906503 -11- optique(s) associée(s) aux tête(s) qu'il supporte ainsi qu'un dispositif apte à appliquer une pression sur le support auquel il est associé.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le ou les supports sont souples et/ou munis d'un joint souple sur leur surface inférieure. 5
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'outillage de préhension comprend en outre un dispositif de dépression pour créer une dépression entre le film et le support, le dispositif de dépression comprenant: une chambre d'aspiration avec une ouverture dirigée vers le film, la chambre 10 d'aspiration étant périphérique et formée de sorte à enjamber le bord du film sur toute sa périphérie, et - au moins un canal d'aspiration pour aspirer l'air de la chambre d'aspiration.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel l'outillage de préhension comprend en outre un dispositif de pression disposé de 15 sorte à exercer une pression sur le film, dans une zone de soudure, avant et/ou après la soudure par rayonnement laser.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le film est de structure multicouche comprenant au moins une couche barrière aux carburants.
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