FR2978908A1 - Couvercle d'ustensiles de cuisson en verre trempe sans bord en acier inoxydable realise a partir d'une feuille de verre - Google Patents

Abstract

La présente innovation est un couvercle en verre trempé pour les ustensiles de cuisson réalisé à partir d'un verre à vitre. Ce couvercle est monobloc et comporte deux arrondis sur le bord qui assurent une bonne stabilité sur une casserole. Cette solution technique évite l'utilisation du cerclage en acier inoxydable, coûteux et peu hygiénique. Une partie du formage de ce couvercle est faite par gravité à l'intérieur du four, alors que la finition est réalisée par une presse à la sortie du four. Enfin le couvercle est trempé. Le moule qui supporte le verre dans le four, le poinçon et la matrice de la presse sont en céramique.

Description

La présente invention est un couvercle en verre trempé pour les casseroles et marmites, sans partie métallique ou bord rapporté (fig1). Il existe deux catégories de couvercle en verre actuellement : les couvercles en Pyrex et les couvercles en verre trempé avec les rebords en acier inox (et rarement en matière plastique). Les couvercles en verre trempé sont une invention américaine de l'année 1980. Ils sont en deux parties : verre trempé (1) (fig2) et rebord en acier inoxydable (2) (fig2). Le verre est un disque de verre à vitre d'épaisseur 4 mm avec un trou central, qui a été chauffé, bombé et refroidi rapidement, d'un coût de production très bas. Pour que cette pièce de verre tienne sur une casserole, un bord en acier inoxydable l'enserre et lui donne une touche esthétique. Le coût de cette pièce est au minimum égal à celui de la pièce de verre (particulièrement ces dix dernières années en raison d'une augmentation du prix du nickel).

Les verres Pyrex sont beaucoup plus coûteux que les verres ordinaires trempés, en raison des matières premières et des procédés de production plus compliqués. Les couvercles Pyrex sont plus épais et plus lourds que les couvercles en verre trempé. La résistance mécanique du verre Pyrex est presque la même que celle du verre ordinaire (module d'Young pour le Pyrex = 64Gpa et pour le verre = 7OGpa) mais la résistance du verre trempé est 4 à 5 fois plus élevée que celle du verre non trempé. Donc le couvercle Pyrex est beaucoup plus vulnérable aux chutes. Les deux sont assez résistants aux chocs thermiques (170 °C pour le verre trempé et 150 °C pour le Pyrex), mais le Pyrex peut résister jusqu'à 500°C alors que le verre trempé ne peut dépasser 250°C, température suffisante pour un couvercle d'usage ménager. La liaison entre le verre et le bord en acier inox ne peut être étanche et il y a un espace vide entre les deux. Cet espace varie selon la forme et la différence de dilatation entre verre et acier. Après usage, cet espace se remplit d'eau et de résidus de nourriture. Humidité, température et résidus organiques en font un milieu propice aux développements bactériens que les montées en température lors des cuissons, n'élimine pas. Par ailleurs, les couvercles sont le plus souvent lavés en machine, en position verticale. Les produits nettoyants pénètrent alors entre le verre et le bord pour ne sortir qu'en position horizontale, lors des cuissons, sous l'effet de la vapeur. On peut dire que c'est le seul objet en cuisine (chez presque tout le monde) qui soit directement en contact avec la nourriture et que nous n'avons pas la possibilité de nettoyer. Cette innovation apporte une solution à ce problème. Tout en gardant les avantages du verre trempé (solidité, légèreté, sécurité et économie), elle répond beaucoup mieux aux impératifs d'hygiène alimentaire et pour un coût de 30 à 40% plus faible que les couvercles avec cerclage métallique.

Enfin, il faut souligner l'aspect écologique de l'absence de bord en acier inoxydable de ces couvercles : Premièrement, la production d'acier inoxydable consomme énormément d'énergie en raison du chrome et du nickel qu'il contient.

Deuxièmement, si ce bord en acier inoxydable est abandonné dans la nature, il ne se désintègre pas facilement, tandis que le verre trempé, en cas de casse, se divise en petits fragments non coupants et redevient finalement du sable. La présente innovation est un couvercle sans bord métallique (fig.3) qui 10 est réalisé à partir d'un disque de verre à vitre d'épaisseur 4 mm avec un trou au milieu et une forme particulière pour qu'il tienne de façon stable sur une casserole. La forme de ce couvercle a trois parties distinctes : - la partie centrale qui est bombée et qui entre un peu dans la casserole (1) (fig.4) ; 15 - la partie périphérique, inclinée vers le haut (2) (fig.4) qui assure le centrage ; - la troisième partie extérieure, horizontale, pour assurer un appui du couvercle sur le bord de la casserole (3) (fig.4). Ce couvercle permet un arrondi du bord de la casserole, ce qui lui confère plus de rigidité et 20 donne la possibilité d'en diminuer l'épaisseur. La réalisation de ce couvercle comporte plusieurs difficultés par rapport à la méthode utilisée pour la production du verre bombé et trempé des couvercles avec les rebords en acier inox. Le bord de disque doit être plus uniforme et parfaitement poli. 25 L'utilisation de machines automatiques est nécessaire. La méthode de formage par gravité des verres bombés des anciens couvercles se faisait en déposant le disque, en appui à sa périphérie sur un support tubulaire (fig.5) qui était envoyé dans un four à 800°C. Après le temps nécessaire au fluage pour obtenir la profondeur voulue (les couvercles 30 ont alors une température de 650-700°C), on les refroidissait brutalement en une vingtaine de secondes pour obtenir une « trempe ». Il était alors préférable d'utiliser les verres flottés (« float ») qui ont une épaisseur constante et stable. En gardant une température de four constante et en maitrisant les temps de maintien en température, on maîtrisait ainsi le 35 fluage et on obtenait finalement des profondeurs stabilisées. On pouvait ainsi régler la vitesse de la chaîne de fabrication. Avec cette innovation, le formage de verre montre certaines ressemblances avec les techniques utilisées précédemment. La nouveauté consiste à mettre les verres en appui dans le four sur un support tubulaire. Ce 40 dernier a la forme des arrondis du bord du couvercle. Ce support est le moule qui donne la forme au bord mais qui provoque trois effets : - collage du verre sur le moule ; - assombrissement du verre flotté au contact du moule en raison d'un manque d'oxygène ; - destruction de la partie centrale par excès de déformation pendant l'opération de fluage des bords du couvercle avec les arrondis étroits.

Pour que le verre ne colle pas au moule, on applique une couche de produit réfractaire comme les fibres de céramique ou un mélange d'alumina (75%), de kaolin (20%) et de CMC (5%) qui est cuit à 1000°C. Pour que le verre ne s'assombrisse pas, on préfère les verres étirés aux verres flottés. La tolérance d'épaisseur du verre étiré est importante (quelques dixièmes de millimètres). On ne peut plus alors utiliser le paramètre temps de chauffe pour contrôler le fluage. Il faut utiliser un dispositif (capteur) pour vérifier la profondeur (déformation) des couvercles dans le four, un faisceau Laser traversant la paroi du four est alors nécessaire. Dans ce cas, l'intervalle de temps entre chaque sortie de couvercle est différent. La chaîne continue à laquelle sont attachés les moules n'est plus adaptée. Il faut des unités séparées pour convoyer chaque moule. Pour que le bord se forme avant que le milieu du couvercle ne devienne trop profond, il faut chauffer le bord davantage que le milieu. On utilise pour cela un moule plus massif, en céramique (fig.6), qui est préalablement chauffé jusqu'à 600°C. Finalement, pour donner la forme exacte des bords après le four, on utilise une petite presse pneumatique de 0,1 tonne avec une vitesse de 2m/s. Le refroidissement du verre pendant le déplacement du four à la presse et les refroidissements dus aux contacts avec les outillages posent alors problème. Pour empêcher ce refroidissement, il faut un temps de transfert maximum de 5 secondes ; le temps de sortir les pièces du four (avec une température d'environ 700°C) pour les transporter jusqu'au poste de trempe (température d'environ 620°C). Il faut aussi empêcher toute circulation importante d'air. Le poste de trempe est isolé par un portail qui se ferme avant l'arrivée du couvercle suivant.

Pour empêcher le refroidissement des couvercles en contact avec l'outillage, il faut le préchauffer et diminuer le nombre des pièces en contact avec le verre : - le bras (3) (fig.7) soulevant le verre (2) (fig.7) au dessus du moule (1) (fig.7) qui supporte le couvercle dans le four doit être recouvert avec un tissu de laine de verre de 3 millimètres d'épaisseur (4) (fig.7). - la matrice de presse (5) (fig.8) constituée de deux demi-matrices se ferme et achève la forme inférieure des couvercles. Cette pièce est en céramique pour avoir une conductivité thermique assez basse (< 30 W/m.K). Il faut la chauffer au minimum à 200 °C pour diminuer encore les échanges de chaleur. On évite ainsi les fissures au niveau des pliages des bords du verre après la trempe en raison des refroidissements partiels du verre. - le poinçon doit également être en céramique, préchauffé comme la matrice. Le temps maximum de maintien en pression est d'une seconde pour diminuer autant que possible les transferts de chaleur. La céramique du poinçon et de la matrice peuvent être en Alumina (98%) avec une limite de résistance en compression d'environ 2500MPa, un module d'Young E = 350GPa et une conductivité thermique de 30 W/m.K. - pour transporter le verre au poste de trempe et pour empêcher le contact de toute autre pièce avec le verre, c'est la matrice même qui se déplace et dépose le verre sur le siège de refroidissement. Tous les procédés décrits ci-dessus ont été élaborés dans l'optique d'une production en grande série de ces couvercles, donc susceptible d'application industrielle. Fig. 1 représente la perspective du nouveau couvercle.

Fig. 2 représente une coupe d'un couvercle à cerclage inoxydable. Fig. 3 représente une coupe du nouveau couvercle. Fig. 4 représente une coupe du nouveau couvercle sur une casserole. Fig. 5 représente une coupe du verre bombé posé sur son support tubulaire. Fig. 6 représente une coupe du moule en céramique.

Fig. 7 représente une coupe du nouveau couvercle avec le moule et le bras. Fig. 8 représente une perspective de l'ensemble constitué du couvercle, du bras, des deux demi-matrices et du moule.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1/ Dispositif pour réaliser un couvercle en verre à partir d'un disque de verre à vitre étiré. Ce couvercle est monobloc et comporte deux arrondis à rayons étroits sur le bord assurant une bonne stabilité sur un ustensile de cuisson. Cette réalisation est caractérisée par : - le passage du verre dans le four, formé par gravité ; - l'acheminement du verre chauffé à la presse ; - formage précis des arrondis du bord par la presse ; - l'acheminement du verre au poste de trempe. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la forme du bord avec deux arrondis distingue trois parties dans le couvercle : la partie centrale qui est bombée et qui entre un peu dans la casserole, la partie périphérique, inclinée vers le haut qui assure le centrage, la troisième partie extérieure, horizontale, pour assurer un appui du couvercle sur le bord de la casserole. 3/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le passage du verre dans le four consiste à poser le disque de verre sur un moule tubulaire préchauffé à environ 600°C. Le moule est en céramique massive avec la forme des arrondis du bord du couvercle. Il faut appliquer sur le moule une couche de produit réfractaire comme les fibres de céramique ou un mélange d'alumina (75%), de kaolin (20%) et de CMC (5%). 4/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'acheminement du verre chauffé à la presse est réalisé par un bras recouvert par un tissu de laine de verre d'épaisseur de 3mm qui le soulève du moule. 5/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le formage précis des arrondis du bord est réalisé par une presse de 0,1 tonne avec une vitesse de 2m/s. La matrice de la presse constituée de deux demi-matrices se ferme et achève la forme inférieure des bords des couvercles. La matrice et le poinçon doivent être en céramique avec une conductivité thermique maximale de 30 W/m.K., et il faut les préchauffer au minimum à 200°C. Le temps maximum de maintien en pression est d'une seconde. 6/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'acheminement du verre au poste de trempe est fait par la matrice qui se déplace et dépose le verre sur le siège de refroidissement. 7/ Dispositif selon les revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce que la durée totale de ces trois opérations citées dans ces revendications doit être inférieure à cinq secondes.