FR3007932A1 - Cartouche chauffante electrique et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Cartouche chauffante électrique (700) ayant une première enveloppe métallique tubulaire (701) logeant un conducteur chauffant électrique (702) avec deux extrémités pour son branchement électrique. Le conducteur chauffant (702) est isolé électriquement à l'intérieur de la première enveloppe (701) par une matière isolante (703). Le conducteur chauffant électrique (702) est autoporteur. Procédé pour réaliser une telle cartouche électrique chauffante (700).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une cartouche chauf- fante électrique ayant au moins une première enveloppe métallique tubulaire, au moins un conducteur électrique chauffant installé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire, le conducteur chauffant ayant deux extrémités pour son branchement électrique, au moins un conducteur chauffant étant isolé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire par de la matière électro-isolante par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire, L'invention se rapporte également à un procédé de réali- sation d'une telle cartouche chauffante. Etat de la technique On connaît depuis de nombreuses années les cartouches chauffantes électriques. En général, elles comportent au moins une en- veloppe métallique logeant un conducteur chauffant. Un remplissage au moins partiel du volume entre l'enveloppe métallique avec une matière bonne conductrice thermique mais électro-isolante par exemple de l'oxyde de magnésium, évite tout contact électrique accidentel entre le conducteur chauffant et l'enveloppe métallique. Il existe également des variantes de cartouches chauffantes électriques avec une enveloppe mé- tallique intérieure et une enveloppe métallique extérieure, souvent sous la forme de tubes concentriques entre lesquels se loge au moins un conducteur chauffant de façon à permettre d'emmancher cette cartouche chauffante électrique sur un objet à chauffer.

Il faut également remarquer qu'une résistance électrique de charge est réalisée de façon identique à une cartouche chauffante électrique et qu'une telle résistance électrique de charge constitue aussi une cartouche chauffante électrique au sens de la présente invention. En principe, on connaît des modes de réalisation diffé- rents de telles cartouches chauffantes électriques, notamment des car- touches dans lesquelles le contact électrique se fait à partir des deux côtés et les cartouches dans lesquelles le contact électrique ne se fait que d'un côté. Les cartouches chauffantes électriques sont fabriquées actuellement, principalement selon deux procédés différents.

En particulier, dans les cartouches chauffantes électriques dont le branchement électrique se fait par les deux côtés, on ap applique souvent le principe Oakley. Selon ce principe, on installe dans l'enveloppe tubulaire le conducteur chauffant enroulé en spires join- s tives, pré-étirées, voire parfois précontraintes dans l'enveloppe tubulaire et on le fixe par ses extrémités dans des mors de traction de façon à écarter les différentes spires du conducteur chauffant les unes des autres. On glisse un tube de remplissage dans l'enveloppe tubulaire sur le conducteur chauffant qui garantit qu'il n'y aura pas de contact élec- 10 trique entre le conducteur chauffant et le tube enveloppe. Lorsqu'on in- troduit la matière électro-isolante habituellement à l'état de poudre ou de granulés, on extrait lentement le tube de remplissage du tube enveloppe en secouant de sorte que la matière électro-isolante à l'état de poudre ou de granulés remplit le volume libéré par le tube de remplis- 15 sage que l'on extrait, de même que l'espace entre les spires pour réaliser une isolation suffisante et une tenue à la haute tension entre le conducteur chauffant et l'enveloppe métallique ou entre deux spires du conducteur chauffant. Dans le cas des cartouches chauffantes électriques dont 20 le contact électrique ne se fait que d'un côté, on ne peut appliquer di- rectement ce principe car il suppose que l'on mette le conducteur chauffant mécaniquement en tension pendant le remplissage de la cartouche électrique chauffante avec la matière isolante. La même remarque s'applique aux cartouches chauffantes de forte puissance qui doivent 25 fournir des puissances élevées pour arriver à l'écartement le plus petit par rapport à la paroi extérieure et à la plus petite pente des spires. Pour garantir le tracé souhaité du conducteur chauffant on utilise une structure de support qui crée la réaction à la tension mécanique appliquée ; cette structure est par exemple sous la forme d'un 30 organe d'enroulement habituellement en céramique ou d'une structure de support que l'on tient du côté du branchement à l'extrémité la plus éloignée du conducteur chauffant pour induire une tension mécanique, par exemple par des tirants par rapport à ce point de fixation, cette tension étant nécessaire pour former l'intervalle entre les spires de la 35 structure enroulée et de les maintenir à distance, c'est-à-dire pour évi- ter des variations de distance ou des courts-circuits entre les différentes spires. Mais la pratique a montré que cette installation du con- ducteur chauffant sur un organe d'enroulement ou une telle structure de support nécessitait en fabrication une mise en oeuvre de moyens im- portants, qui a été susceptible de créer des difficultés et que cette technique était coûteuse. Ces problèmes sont notamment fréquents dans le cas d'une résistance faiblement ohmique pour l'application à laquelle est destinée la cartouche chauffante électrique, ce qui est notamment sou- vent le cas pour des cartouches chauffantes électriques relativement longues. En principe, on réalise, de façon connue une résistance faible en augmentant la section du fil chauffant. Mais cela entraîne non seulement des difficultés lorsque les conditions d'encombrement sont limitées, mais nécessite également d'appliquer des forces importantes pour la mise en place et l'extraction de l'organe d'enroulement dans la machine de bobinage ainsi que pour l'introduction et l'étirage du conducteur chauffant dans le perçage du corps d'enroulement ; dans le cas de corps d'enroulement en céramique poreuse, cela peut même aller jusqu'à la rupture du corps d'enroulement et dans le cas d'un enroulement automatisé, la vitesse de rotation avec laquelle fonctionne la machine d'enroulement et ainsi le rendement de l'opération sont réduits ou encore il faut utiliser en parallèle un grand nombre de machines d'enroulement, coûteuses sur des corps d'enroulement. Comme solution alternative, on passe à des conducteurs chauffants de faible résistance spécifique, par exemple en utilisant CuNi44 à la place de NiCr8020. Mais cela réduit fortement la durée de vie des cartouches chauffantes électriques et la possibilité des résistances de charge. En pratique, ces problèmes font que pour arriver à de petites résistances on réalise sur un organe d'enroulement, plusieurs résistances séparées, plus fortement bobinées et on les branche en parallèle pour éviter un compromis entre à la fois la section, et aussi la fiabilité de la résistance spécifique du conducteur chauffant. Mais cela se traduit également par un travail important car il faut prévoir un plus grand nombre de points de contacts électriques et souvent pour garantir le positionnement précis il faut introduire des pièces de centrage entre les organes d'enroulement. De plus, en particulier, dans les appli- cations basse tension, tout contact électrique supplémentaire constitue un risque supplémentaire pour une fonction de la cartouche chauffante électrique qui ne correspond pas aux prescriptions car même de faibles résistances de passage peuvent conduire à une coupure. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une car- touche chauffante électrique perfectionnée, notamment plus fiable, plus simple et plus économique ainsi qu'un procédé pour réaliser une telle cartouche. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une cartouche chauf- fante électrique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la cartouche chauffante électrique ayant au moins une première enveloppe métallique tubulaire au moins un conducteur électrique chauffant installé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire, le con- ducteur chauffant ayant deux extrémités pour le branchement électrique du conducteur chauffant, au moins un conducteur chauffant étant isolé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire par de la matière électro-isolante par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire.

L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une cartouche chauffante électrique consistant à utiliser au moins une première enveloppe métallique tubulaire, déformer un conducteur chauffant autoporteur pour avoir une forme stable en décrivant une courbe prédéfinie dans l'espace qui est logé dans le volume intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire, installer le con- ducteur chauffant autoporteur, mis en forme à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire et, intégrer le conducteur chauffant autoporteur, déformé dans une matière électro-isolante de façon à éviter tout contact électrique entre des segments de la courbe prédéfinie dans l'espace que décrit le conducteur chauffant autoporteur, mis en forme, à la fois par rapport aux autres segments du conducteur chauffant autoporteur préformé que par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire et par rapport à l'autre enveloppe métallique si celle-ci est prévue.

La cartouche chauffante électrique selon l'invention a au moins une enveloppe métallique tubulaire et au moins un conducteur chauffant électrique installés dans le volume intérieur tubulaire entouré par l'enveloppe métallique, ce conducteur ayant deux extrémités pour son branchement électrique. Ce conducteur électrique est isolé électri- quement à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire par une ma- tière électro-isolante introduite dans cette enveloppe métallique tubulaire. Les deux extrémités du conducteur chauffant électrique ou les moyens de branchement électrique reliés électriquement aux deux extrémités du conducteur chauffant électrique ou encore une extrémité du conducteur chauffant électrique et un moyen de branchement relié électriquement à l'autre extrémité du conducteur chauffant électrique, peuvent sortir du même côté de l'enveloppe métallique tubulaire bien qu'un branchement des deux côtés, venant radialement ou tangentiellement , notamment également au milieu de la cartouche chauffante sont des solutions également possibles. De tels moyens de branchement peuvent être réalisés par exemple sous la forme d'un fil de branchement ou d'un tube de branchement, d'un cordon de branchement ou d'un goujon de branchement soudé, brasé ou serré sur l'extrémité du conducteur chauffant électrique.

Selon l'invention le conducteur chauffant électrique est autoporteur. L'expression « autoporteur » signifie que les intervalles minimum d'une spire à l'autre sont assurés au minimum par la tension mécanique propre mais, toutefois, de façon préférentielle, lorsque la cartouche chauffante est installée, il n'y a pas de tension mécanique du conducteur chauffant qui serait assurée par d'autres composants de la cartouche chauffante électrique ou maintenue par ceux-ci, et notamment il ne faut pas de structure portante pour recevoir une telle tension mécanique. On vérifie très simplement pour un conducteur chauffant électrique est autoporteur dans le sens ci-dessus, si le tracé et/ou la forme du conducteur chauffant varient lorsque la cartouche chauffante est démontée et notamment la matière isolante qui entoure le conducteur chauffant et si une éventuelle structure portante est enlevée ou démontée. Il en résulte que l'alternative de l'expression « autoporteur » est par exemple également l'expression « forme stable », ou plus préci- sément « forme stable lorsqu'on extrait le conducteur chauffant de la cartouche chauffante ». Le conducteur chauffant électrique est mis en forme et il est mis dans la forme souhaitée sans structure portante. Il convient notamment, de remarquer que de telles condi- tions sont également remplies si le conducteur chauffant est retendu à l'état installé. Dans le cas du conducteur chauffant enroulé, le dévelop- pement du conducteur chauffant selon l'invention permet d'améliorer de manière significative les tolérances réalisables concernant la forme cy- lindrique, le caractère coaxial, la concentricité, qui se situent notam- ment en-dessous de un millimètre et de préférence en-dessous de 0,5 millimètre. L'utilisation d'un conducteur chauffant autoporteur qui a été mis à la forme souhaitée, d'introduire le conducteur chauffant pré- formé simplement dans le tube enveloppe au moment de la réalisation et de l'entourer de matière isolante ce qui simplifie le procédé de réalisation et apporte une économie significative. On évite les rebus par rupture de l'organe d'enroulement et le cas échéant une perte de temps à cause d'une éventuelle réduction de la vitesse d'enroulement pour éviter une telle rupture. De façon avantageuse, le conducteur chauffant autoporteur permet de réaliser en toute sécurité un enroulement de faible pente ou avec des intervalles très réduits entre les spires et d'avoir en toute sécurité, un faible écartement entre le conducteur chauffant et l'enveloppe métallique tubulaire. Ces deux caractéristiques sont essen- tielles pour un transfert de chaleur aussi bon que possible vers l'enveloppe métallique de forme tubulaire et une faible sollicitation de la surface extérieure du conducteur chauffant. Pour augmenter la sécurité du procédé de réalisation de la cartouche chauffante électrique, il est avantageux de prévoir au moins un élément de positionnement - le cas échéant avec tension axiale ou pression axiale sur les spires chauffantes - pour fixer de manière définie la position du conducteur chauffant à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire. En particulier, on peut ainsi régler de manière précise la distance souhaitée entre l'élément chauffant et l'enveloppe métallique tubulaire. C'est ainsi que notamment pour des conducteurs chauffants enroulés en hélice, que la distance entre le conducteur chauffant électrique et l'enveloppe métallique tubulaire soit inférieure à 1,5 millimètre et notamment inférieure à 1 millimètre.

Selon un développement avantageux de l'invention, une seconde enveloppe métallique tubulaire est installée concentriquement à la première enveloppe métallique tubulaire dans le volume intérieur de celle-ci pour que le conducteur chauffant électrique autoporteur soit logé entre la première et la seconde enveloppe métallique tubulaire. On réalise ainsi une cartouche creuse qui peut entourer l'objet à chauffer. Il convient notamment de remarquer une nouvelle fois que même des cartouches creuses de construction correspondante avec une enveloppe métallique intérieure et une enveloppe métallique extérieure, qui peuvent également être réalisées en une seule pièce avec le fond qui les re- lie, ou des résistances de charge ayant une telle structure doivent être considérées comme étant des cartouches chauffantes électriques au sens de la présente invention. Selon un développement de la cartouche creuse élec- trique ainsi réalisé, la seconde enveloppe métallique tubulaire a un vo- lume intérieur avec un contour, c'est-à-dire que le diamètre du volume intérieur dans la direction radiale c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à la direction d'extension de la seconde enveloppe métallique tubulaire peut varier. Dans de nombreux cas, cela permet d'entourer l'objet à chauffer de manière ajustée ou au moins plus ajustée.

Selon un développement particulièrement avantageux de la cartouche creuse selon l'invention, on introduit entre la première enveloppe métallique tubulaire et le conducteur chauffant électrique auto-porteur, une matière électro-isolante dont la conductivité thermique est plus mauvaise qu'entre le conducteur chauffant électrique autoporteur et la seconde enveloppe métallique tubulaire. Dans le cas de cartouches creuses électriques, la chaleur dégagée doit être de préférence évacuée en direction de son volume intérieur pour chauffer l'objet sur lequel est engagée la cartouche creuse, résultat que l'on obtient grâce aux moyens ci-dessus.

Selon un développement préférentiel de l'invention, la cartouche chauffante électrique constitue au moins un organe d'écartement qui permet une disposition reproductible du conducteur chauffant dans l'enveloppe métallique tubulaire. En particulier, le conducteur chauffant peut également être enroulé autour de celle-ci car il est possible d'engager l'organe d'écartement après la mise en forme du conducteur chauffant de façon contrôlée dans le conducteur chauffant autoporteur. Contrairement aux structures portantes des conducteurs chauffants usuels, un tel organe d'écartement n'a pas besoin d'une structure pour maintenir la tension mécanique du conducteur chauf- fant. De façon évidente, en variante ou en plus, on peut également pré- voir des organes d'écartement par rapport à une éventuelle seconde enveloppe métallique tubulaire. En outre, de façon avantageuse, l'organe d'écartement a un perçage traversé par le conducteur chauffant car ainsi on évite tout contact accidentel entre les différents segments du conducteur chauf- fant. Une autre caractéristique avantageuse de la cartouche chauffante électrique selon l'invention est que, selon l'application, on peut avoir un grand nombre de formes différentes pour le tracé du con- ducteur chauffant ce que dans d'autres cas, ne peut souvent se réaliser que très difficilement. Une disposition géométrique du conducteur chauffant prévoit un segment partant de la surface frontale côté branchement de la cartouche chauffante électrique et un segment relié électriquement à celui-ci pour revenir à la surface frontale côté branchement, ces seg- ments du conducteur chauffant étant enroulés en spires l'un autour de l'autre. Selon une autre disposition géométrique possible du con- ducteur chauffant, celui-ci a une forme enroulée et une extrémité du conducteur chauffant ou un segment du moyen de branchement élec- trique passe dans l'espace entouré par les spires pour rejoindre la face frontale côté branchement de la cartouche chauffante électrique. En variante, dans certaines applications on peut égale- ment utiliser comme conducteur de retour la première enveloppe métal- ligue extérieure si une extrémité du conducteur chauffant autoporteur, de préférence l'extrémité intérieure, est reliée à la première enveloppe métallique extérieure. Enfin, on peut également envisager un conducteur chauf- fant autoporteur réalisé par un enroulement bifilaire, ce qui peut être avantageux si l'on veut un dispositif ayant une inductance aussi faible que possible. Les conducteurs chauffants enroulés en spires permet- tent de donner aux conducteurs chauffants des pentes d'enroulement différentes pour avoir des densités de puissance différentes.

Les conducteurs chauffants autoporteurs selon l'invention permettent ainsi d'avoir une pente de conducteurs chauffants qui, dans la région d'enroulement, avec la pente la plus faible, représentent au maximum 3 fois le diamètre du conducteur chauffant, notamment 2,5 fois et de préférence 2 fois le diamètre du conducteur chauffant. Enfin, le conducteur chauffant peut avoir un tracé en méandres. Une caractéristique distinctive possible par rapport aux cartouches chauffantes électriques connues ayant un corps bobiné sur lequel l'élément chauffant est enroulé avec tension mécanique est que les deux extrémités du conducteur chauffant électrique sont orientées dans la même direction. Tous les exemples de réalisation présentés ci-dessus ont l'avantage que l'ensemble de la structure est réduit, en particulier par une réduction de sa section. De façon préférentielle, la section du conducteur chauffant électrique, autoporteur, dans la direction radiale de la cartouche chauffante est qu'elle est moins étendue que dans la direction axiale de la cartouche chauffante. Ainsi on a un conducteur chauffant qui se rapproche de la géométrie de fils plats qui, par ailleurs, ne sont pas utilisables pour une telle application. Le procédé selon l'invention de réalisation d'une car- touche chauffante comporte au moins les étapes suivantes : utiliser au moins une première enveloppe métallique tubulaire, déformer un con- ducteur chauffant autoporteur pour qu'il décrive une courbe prédéfinie dans l'espace avec une forme stable, cette courbe étant dans le volume intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire, installer le conducteur chauffant autoporteur, mis en forme à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire et intégrer le conducteur chauffant au- toporteur, ainsi mis en forme dans au moins une matière électroisolante pour éviter tout contact électrique entre les segments de la courbe prédéfinie dans l'espace que décrit le conducteur chauffant autoporteur, préformé, à la fois avec d'autres segments de ce conducteur chauffant et aussi avec la première enveloppe métallique tubulaire et d'autres enveloppes métalliques dans la mesure où elles existent. En particulier, la succession des deux premières étapes est variable. En pratique, on peut réaliser la déformation du conduc- teur chauffant autoporteur par exemple en ce que l'on enroule ce con- ducteur sur une broche. Mais, de façon générale, on peut également envisager tous les autres procédés de fabrication pour réaliser un ressort et arriver à la forme souhaitée. Selon un développement particulièrement avantageux du procédé, après la mise en forme du conducteur chauffant autoporteur suivant la courbe prédéfinie dans l'espace, de préférence, avant d'installer le conducteur chauffant autoporteur, préformé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire, on modifie la section du conducteur chauffant autoporteur par compression, en particulier dans les directions qui, après la mise en place dans l'enveloppe métallique tubulaire, correspondent à la direction radiale de l'enveloppe métallique en amincissant ce qui donne une forme de construction particulièrement compacte. De façon particulièrement préférentielle, on utilise une seconde enveloppe métallique tubulaire que l'on installe concentrique- ment à la première enveloppe métallique tubulaire à l'intérieur de celle-ci et, en outre, à l'intérieur de la courbe dans l'espace décrit par le conducteur chauffant autoporteur pour que la seconde enveloppe métallique soit entourée dans la direction radiale considérée à partir de la seconde enveloppe métallique par au moins un segment du conducteur chauffant autoporteur pour avoir une cartouche creuse électrique. En particulier, la seconde enveloppe métallique peut être reliée à la première enveloppe métallique, soit par un disque de fond, intégré séparément, mais aussi par une liaison directe qui peut également être réalisée en une seule pièce, et qui est notamment possible et avanta- geuse pour relier l'enveloppe métallique extérieure, l'enveloppe métallique intérieure et l'élément de fond en une seule pièce de métal. Le produit réalisé par le procédé est encore amélioré par une disposition composée d'au moins la première enveloppe métallique tubulaire, de la seconde enveloppe métallique tubulaire et du conduc- teur chauffant autoporteur installés dans celle-ci sur une broche de contour, et si l'on comprime radialement, de façon à modifier le diamètre du volume intérieur de la seconde enveloppe métallique tubulaire suivant son extension. En particulier, on peut réaliser ainsi, par exemple, un tracé conique ou étagé du volume intérieur de la seconde enveloppe métallique tubulaire. Cela permet de chauffer un objet ayant une forme de surface extérieure plus complexe et cela avec une cartouche chauffante plus ajustée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide de différents exemples de réalisation de cartouches chauffantes électriques et de procédés pour la réalisation de telles cartouches, représentée dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments ou des éléments analogues portent les mêmes réfé- rentes. Ainsi : la figure la est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique avec son enveloppe métallique et la matière électro-isolante partiellement enlevée, la figure lb montre le module de conducteur chauffant de l'exemple de réalisation de la figure la, la figure le montre une variante du module de conducteur chauffant applicable à l'exemple de réalisation de la figure la, la figure 2a montre un second exemple de réalisation en vue en coupe d'une cartouche chauffante électrique dont l'enveloppe métallique est coupée et la matière électro-isolante est en partie enlevée, la figure 2b montre le module de conducteur chauffant de l'exemple de réalisation de la figure 2a, la figure 3a montre en coupe un troisième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique dont l'enveloppe métallique est coupée et la matière électro-isolante est partiellement enlevée, la figure 3b montre le module de cartouche chauffante de l'exemple de réalisation de la figure 3a, la figure 4a montre un quatrième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique dont l'enveloppe métallique est coupée et la matière électro-isolante est partiellement enlevée, la figure 4b montre le module de conducteur chauffant de l'exemple de réalisation de la figure 4a, la figure 5a montre en coupe un cinquième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique dont l'enveloppe métallique a été coupée et la matière électro-isolante a été en partie enlevée, la figure 5b montre le module de conducteur électrique de l'exemple de réalisation de la figure 5a, la figure 5c montre une variante du module de conducteur chauffant de l'exemple de réalisation de la figure 5a, la figure 6a montre une vue en coupe d'un sixième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique dont l'enveloppe métallique a été coupée et la matière électro-isolante partiellement enlevée, la figure 6b montre le module de cartouche chauffante de l'exemple de réalisation de la figure 6a, la figure 7a montre en coupe un septième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique, vue en section le long de la première direction d'extension de la cartouche chauffante électrique, la figure 7b est une vue en coupe d'un exemple de réalisation de la figure 7a après une étape de compression supplémentaire, la figure 7c montre l'exemple de réalisation de la figure 7a après une étape de compression supplémentaire, en variante, la figure 8 est une vue éclatée d'un huitième exemple de réalisation d'une cartouche chauffante électrique, la figure 9a est une vue en coupe d'un neuvième exemple de réali- sation d'une cartouche chauffante électrique, en coupe longitudi- nale de la cartouche chauffante électrique, la figure 9b montre le module de la cartouche chauffante de l'exemple de réalisation de la figure 9a, la figure 10a montre un module de cartouche chauffante élec- trique avant l'étape de compression ou compactage, la figure 10b montre l'ensemble formé par la cartouche chauffante électrique, selon la figure 10a après une étape de compression qui se traduit par un contour conique du volume intérieur, et la figure 10c montre une variante de compression de la figure 10b qui aboutit à un contour étagé du volume intérieur. Description de modes de réalisation La figure la montre une cartouche chauffante électrique 100 ayant une première enveloppe métallique tubulaire 101 et un premier conducteur chauffant électrique autoporteur 102 logé dans le vo- lume intérieur tubulaire de la première enveloppe tubulaire métallique 101 ; ce conducteur chauffant électrique autoporteur a deux extrémités 102a, 102b pour son branchement électrique. Le conducteur chauffant électrique autoporteur 102 est isolé électriquement par une matière électro isolante 103 par exemple de l'oxyde de magnésium, introduite dans la première enveloppe métallique tubulaire 101 qui assure l'isolation électrique par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire 101. Les deux extrémités 102a, 102b du conducteur chauffant électrique autoporteur 102 sont reçues dans des manchons de branchement 112a, 112b et sont comprimées avec ceux-ci. Les manchons de branchement 112a, 112b sortent du même côté de la première enve- loppe métallique tubulaire 101 à savoir de sa surface frontale 105. La surface frontale côté branchement 105 est en regard du fond 106 qui ferme le côté correspondant de l'enveloppe métallique 101. Comme le montre le mieux la représentation du module de conducteur chauffant 110 de la figure lb, le conducteur chauffant autoporteur 102 a un tracé en spires et son extrémité 102a passe dans le volume entouré par les spires 104 en direction de la surface frontale 105 côté branchement de la cartouche chauffante électrique 100. Le conducteur chauffant électrique 102 représenté à la figure lb est auto- porteur de sorte que pour son montage dans la cartouche chauffante électrique 100, il suffit de l'introduire dans le volume intérieur défini par la surface enveloppe tubulaire 101. En particulier, il convient de souligner la possibilité re- présentée à la figure le consistant à former le manchon de branche- ment 112a du module de conducteur chauffant 110 pour qu'il réalise le contact à l'extrémité 102a du conducteur chauffant 102 avec le volume entouré par les spires 104 de sorte qu'un segment du manchon de branchement 112a passe dans ce volume. Cela permet de réduire la résistance du retour électrique.

Le mode de réalisation de la cartouche chauffante élec- trique 200 des figures 2a et 2b se distingue du précédent mode de réalisation selon les figures la et lb en ce que le module de conducteur chauffant 210 représenté à la figure 2b comporte deux éléments de positionnement 207, 208 qui assurent le montage reproductible du mo- dule de conducteur chauffant 210 dans l'enveloppe métallique 201. En outre, on peut avoir une puissance de chauffage localement variable en modifiant la pente des spires. Le mode de réalisation de la cartouche chauffante 300 se- lon les figures 3a et 3b diffère uniquement du mode de réalisation des figures 2a et 2b en ce que le module de conducteur chauffant 310 re- présenté à la figure 3b comporte un élément de positionnement 307 passant dans le conducteur chauffant autoporteur 302 ; il s'agit d'un organe d'écartement 309 en forme de support rigide. Cela permet d'améliorer la reproductibilité du montage non seulement du point de vue du positionnement radial du conducteur chauffant autoporteur 302 mais également du point de vue de sa position longitudinale, c'est-à-dire de la distance suivant laquelle le conducteur chauffant autoporteur 302 est engagé dans la première enveloppe métallique tubulaire 301. Le mode de réalisation de la cartouche chauffante élec- trique 400 selon les figures 4a et 4b se distingue du mode de réalisation des figures 3a, 3b uniquement en ce que l'organe d'écartement 409 comporte un perçage 411 traversé par l'extrémité 402a du conducteur chauffant autoporteur 402 dans le volume entouré par les spires 404 pour revenir à la surface frontale 405 côté branchement de la cartouche chauffante électrique pour éviter tout contact accidentel de l'extrémité 402a avec une autre partie du conducteur chauffant électrique autoporteur 402. Le mode de réalisation de la cartouche chauffante 500 se- lon les figures 5a et 5b diffère du mode de réalisation des figures la et lb uniquement en ce que, comme cela apparaît le mieux à la figure 5b, les extrémités 502a et 502b du conducteur chauffant autoporteur 502 sont brasées aux fils de branchement 512a, 512b et que le conducteur chauffant autoporteur 502 a un segment 502c partant de la surface frontale côté branchement 505 de la cartouche chauffante électrique 500 et un segment 502d de retour relié électriquement au segment pré- cédent pour revenir à la surface frontale côté branchement 505 ; les segments du conducteur chauffant autoporteur 502d sont enroulés l'un autour de l'autre constituant ainsi un enroulement bifilaire. La figure 5c montre une variante du module de conduc- teur chauffant du mode de réalisation de la figure 5a. Dans cette va- riante, après la mise en forme du conducteur chauffant autoporteur 502 sous la forme du module de conducteur chauffant représenté à la figure 5b, on réalise une autre modification de section du conducteur chauffant 502. Cela permet, par exemple de glisser une tige ou une broche à l'intérieur des spires du conducteur chauffant et dont le dia- mètre correspond pratiquement au diamètre des spires, puis on effectue une compression radiale. On transforme ainsi la section du conducteur chauffant 502 d'une section circulaire à une section ovale permettant d'avoir notamment une forme plus compacte.

Le mode de réalisation de la cartouche chauffante électrique 600 des figures 6a et 6b ne diffèrent du mode de réalisation des figures la et lb qu'en ce que le module de conducteur chauffant 610 représenté à la figure 6b a un conducteur chauffant électrique 602 au- toporteur en forme de méandres. La cartouche chauffante 700 de la figure 7a se distingue de la cartouche chauffante électrique 500 de la figure 5a surtout en ce qu'il est prévu une seconde enveloppe métallique tubulaire intérieure 713 installée concentriquement à la première enveloppe métallique tu- bulaire 701 à l'intérieur du conducteur chauffant autoporteur 702 en- roulé en spirale, bifilaire de façon à obtenir une cartouche creuse. Une autre différence est qu'entre la première enveloppe métallique tubulaire extérieure 70 let le conducteur chauffant autoporteur 702 à engoulement bifilaire, on a une couche 714 en une matière électro-isolante ayant une conductivité thermique plus mauvaise que la matière de remplissage 703 de sorte que la chaleur est évacuée principalement en direction du volume intérieur 715 de la seconde enveloppe métallique 713 tubulaire, intérieure. Les modes de réalisation de la cartouche chauffante élec- trique 700 présentés aux figures 7b et 7c s'obtiennent par compression radiale sur toute la longueur de la cartouche chauffante 700 (comme cela est représenté à la figure 7b) ou sur une partie seulement de la longueur de la cartouche chauffante (comme cela est représenté à la figure 7c). En particulier, la comparaison des représentations de détail A, B, C des figures respectives montre clairement que dans cette étape, en variante ou en plus, on a une déformation du conducteur chauffant autoporteur 702 avant son introduction dans la première enveloppe métallique 701 tubulaire extérieure, en déformant le conducteur chauffant autoporteur 702.

L'exemple de réalisation présenté en vue éclatée à la fi- gure 8 d'une cartouche chauffante électrique 800 diffère des modes de réalisation présentés aux figures 7a-7c uniquement en ce qu'il n'y a pas de couche 714. La figure 8 permet de voir facilement le procédé possible de réalisation de la cartouche chauffante électrique 800. Par exemple, on peut utiliser un conducteur chauffant électrique 802 autoporteur, préformé comme enroulement bifilaire que l'on emmanche sur la seconde enveloppe métallique tubulaire intérieure 813, puis on relie le disque d'extrémité 806 côté frontal à la seconde enveloppe métallique tubulaire 813 et on engage le mode ainsi obtenu dans la première enve- loppe métallique tubulaire 801, extérieure. Après remplissage avec la matière électro-isolante, bonne conductrice de chaleur qui n'est pas représentée à la figure 8, par exemple une poudre de MgO, on peut alors placer la surface frontale 805 côté branchement et la fixer puis comprimer radialement l'ensemble du dispositif.

Mais en variante, on peut également commencer en re- liant l'enveloppe métallique extérieure 801 et le disque d'extrémité 806 côté frontal puis engager l'enroulement bifilaire préformé du conducteur chauffant électrique autoporteur 802. Ensuite, on engage une enveloppe métallique tubulaire intérieure 813 à l'intérieur du conducteur chauf- fant électrique autoporteur 802 et on remplit le volume entre l'enveloppe métallique tubulaire extérieure 801 et l'enveloppe métallique tubulaire intérieure 813 avec la matière électro-isolante bonne conductrice thermique, non représentée à la figure 8, par exemple une poudre de MgO ; on met en place la surface frontale côté branchement 805 et on fixe puis en option on comprime radialement l'ensemble du disposi- tif. Les figures 9a et 9b montrent un mode de réalisation d'une cartouche chauffante électrique 900 comme variante du mode de réalisation de la figure la dont les régions 902e, 902f du conducteur chauffant électrique autoporteur ont des diamètres de spires différents. Cela permet notamment de fixer l'élément de positionnement intermédiaire qui a un épaulement. Les figures 10a-10c explicitent une procédure possible de réalisation d'une cartouche chauffante électrique 1000 plus précisé- ment d'une cartouche creuse dont le volume intérieur 1020 a un con- tour. Cela se fait par compression sur une broche 1030 qui a la forme négative de la forme souhaitée par exemple une broche conique 1030 comme celle représentée à la figure 10b ou une broche étagée 1030 comme celle représentée à la figure 10c.35 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 101, 201, 301, 401, 501, 601 701, 801, 901, 1001 102, 202, 302, 402, 502, 602 702, 802, 902, 1002 102a, 202a, 302a, 402a, 502a, 602a, 702a, 802a, 902a, 1002a 102b, 202b, 302b, 402b, 502b, 602b, 702b, 802b, 902b, 1002b 902e, 902f 502c, 502d 103, 203, 303, 403, 503, 603 104, 204, 304, 404 105, 205, 305, 405, 505, 605 806 207, 208, 307, 308, 407, 408 309, 409 110, 210, 310, 410, 510, 610 411 112a, 112b, 212a, 212b, 312a, 412a, 412b, 612a, 612b 512a, 512b 713, 813 714 715 1020 1030 Cartouche chauffante Enveloppe métallique tubulaire Conducteur chauffant Extrémité du conducteur chauffant Extrémité du conducteur chauffant Régions du conducteur chauffant Segment du conducteur chauffant Matière isolante Spire Surface frontale côté branchement Disque d'extrémité Elément de positionnement Organe d'écartement Module du conducteur chauffant Perçage Goujon de branchement Fil de branchement Enveloppe métallique tubulaire Couche Volume intérieur Volume intérieur Broche35

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) ayant au moins une première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), au moins un conducteur électrique chauffant (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002), installé à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), le conducteur chauffant ayant deux extrémités (102a, 102b, 202a, 202b, 302a, 302b, 402a, 402b, 502a, 502b, 602a, 602b, 702a, 702b, 802a, 802b, 902a, 902b) pour son branchement électrique, au moins un conducteur chauffant (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) étant isolé à l'intérieur de la première enve- loppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001) par de la matière électro-isolante (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 903) par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), cartouche électrique chauffante caractérisée en ce que le conducteur électrique chauffant (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) est autoporteur.
2. 2°) Cartouche électrique chauffante (200, 300, 400) selon la revendication 1, caractérisée par un élément de positionnement (207, 208, 307, 308, 407, 408) pour fixer de manière définie la position du conducteur chauffant (202, 302, 402) à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire (201, 301, 401).
3. 3°) Cartouche chauffante électrique (700, 800) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par une seconde enveloppe métallique tubulaire (713, 813) installée concen- triquement à la première enveloppe métallique tubulaire (701, 801) àl'intérieur de celle-ci de façon que le conducteur électrique chauffant autoporteur (702, 802) se trouve entre la première enveloppe métallique tubulaire (701, 801) et la seconde enveloppe métallique tubulaire (713, 813).
4. 4°) Cartouche chauffante électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la seconde enveloppe métallique tubulaire a un volume intérieur formé par un contour.
5. 5°) Cartouche chauffante électrique (700) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la matière électro-isolante entre la première enveloppe métallique tubulaire (701) et le conducteur chauffant électrique autoporteur (702) a une conductivité thermique plus mauvaise que celle entre le conducteur chauffant électrique autoporteur et la seconde enveloppe métallique tubulaire (713).
6. 6°) Cartouche chauffante électrique (300, 400) selon l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que la cartouche chauffante électrique (300, 400) comporte au moins un organe d'écartement (309, 409) qui permet une disposition reproductive du conducteur chauffant (302, 402) dans la première enveloppe métal- ligue tubulaire (301, 401) et/ou dans la seconde enveloppe métallique tubulaire.
7. 7°) Cartouche chauffante électrique (500) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le conducteur chauffant (502) a un segment (502c) partant de la surface frontale (505) côté branchement de la cartouche chauffante électrique (505) et un segment (502d) relié électriquement au premier segment et revenant à la surface frontale (505) côté branchement, ces segments(502c, 502d) du conducteur chauffant (502) étant enroulés l'un autour de l'autre.
8. 8°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400), selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le conducteur chauffant (102, 202, 302, 402) a un tracé en forme de spires et une extrémité (102b, 202b, 302b, 402b) du conducteur chauffant (102, 202, 302, 402) ou un segment du moyen de branchement électrique passe dans le volume entouré par les spires (104, 204, 304, 404) pour arriver à la surface frontale côté branchement (105, 205, 305, 405) de la cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400).
9. 9°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la pente du conducteur chauffant dans la région formée ayant la pente la plus faible représente au maximum 3 fois le diamètre du conducteur chauffant, notamment 2,5 fois et de préférence 2 fois le diamètre du conducteur chauffant.
10. 10°) Cartouche chauffante électrique (600) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le conducteur chauffant électrique autoporteur (602) a un tracé en méandres.
11. 11°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les deux extrémités (102a, 102b, 202a, 202b, 302a, 302b, 402a, 402b, 502a, 502b, 602a, 602b) du conducteur chauffant électrique autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702) sont dirigées dans la même direction.3512°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) est comprimée notamment par une réduction de sa section. 13°) Cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la section du conducteur chauffant électrique autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) est moins étendue dans la direction radiale (H) que dans la direction axiale (B). 14°) Procédé de réalisation d'une cartouche chauffante électrique (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par les étapes suivantes consistant à : utiliser au moins une première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), déformer un conducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) pour avoir une forme stable en décrivant une courbe prédéfinie dans l'espace qui est inscrite dans le volume intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), installer le conducteur chauffant autoporteur, mis en forme (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001), et intégrer le conducteur chauffant autoporteur, déformé (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) dans une matière élec- tro-isolante (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 903) de façon à éviter tout contact électrique entre des segments de la courbe pré-définie dans l'espace que décrit le conducteur chauffant autoporteur, mis en forme (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002), à la fois par rapport aux autres segments du conducteurchauffant autoporteur préformé (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) que par rapport à la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001) et par rapport à l'autre enveloppe métallique (713, 813) si celle-ci est prévue. 15°) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu' on enroule le conducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) sur une broche pour déformer le con- ducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002). 16°) Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu' après avoir mis en forme le conducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) suivant une courbe pré-définie dans l'espace, de préférence avant d'installer le conducteur chauffant autoporteur mis en forme (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubu- laire, on modifie la section du conducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002) par compression, notamment on l'amincit dans des directions qui, après mise en place dans l'enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001) correspondent à la direction radiale de l'enveloppe mé- tallique (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001). 17°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu' on utilise une seconde enveloppe métallique tubulaire (713, 813) et on l'installe concentriquement à la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001) à l'intérieur de la première enveloppe métallique tubulaire (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001) et en outre à l'intérieur de la courbe d'espace dé- crite par le conducteur chauffant autoporteur de façon que la secondeenveloppe métallique (713, 813) soit entourée par au moins un segment du conducteur chauffant autoporteur (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002). 18°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu' on réalise une installation formée au moins de la première enveloppe métallique tubulaire, de la seconde enveloppe métallique tubulaire (713, 813) et du conducteur chauffant (102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002), autoporteur installé dans celle-ci, sur une broche de contour (1030) et on comprime radialement de façon qu'au moins le diamètre du volume intérieur (715) de la seconde enveloppe métallique tubulaire (713, 813) varie dans son extension.15