Un partenaire d'ingénierie pour les cas particuliers
Published by Angst+Pfister on February 2021
Parfois, les solutions les meilleures et les plus économiques ne sont pas celles auxquelles on pense en premier. Les ingénieurs d'Angst+Pfister, en constante discussion avec les designers de leurs clients, cherchent à faire d'une pierre plusieurs coups – et moins cher quand c'est possible. Avec cette approche, un nouveau bouchon en silicone pour les balances doseuses à vibrations a vu le jour et permet désormais aux clients de Coperion de réaliser des cycles de nettoyage plus efficaces et de réduire les risques liés à l'hygiène.
L'entreprise allemande Coperion est active dans le monde entier, et produit notamment en Suisse. Coperion fabrique des extrudeuses pour les industries plastiques et alimentaires, et propose des solutions complètes pour la manutention des matériaux. La filiale Coperion K-Tron est spécialisée dans les solutions de dosage et de transport. En plus des industries plastiques et alimentaires, elle s'intéresse aux applications dans la branche pharmaceutique. Les balances doseuses à vibrations font partie de leurs produits phares. « Ces balances prennent en charge le dosage très précis et délicat des matières premières en vrac à écoulement libre, par exemple pour les extrudeuses », explique Urs Helfenstein, ingénieur chez Coperion.
Repenser ensemble les solutions
Coperion a contacté Angst+Pfister pour fabriquer une pièce moulée afin de protéger la transmission de la balance doseuse. Ils disposaient déjà d'exigences précises et d'une ébauche de la pièce : elle devait être en silicone et fixée à la base avec une plaque métallique afin de fermer l'interface de manière étanche (voir illustration). Pour ce bouchon en silicone, des parois transparentes ou tout au moins « semi- transparentes » – et donc minces – étaient nécessaires. Une plaque indiquant le numéro de série et l'année de fabrication devait rester lisible, afin d'éviter de devoir démonter les bouchons lors des travaux de maintenance. Cependant, il faut savoir que plus le silicone est épais, plus il est opaque. Les parois du bouchon devaient donc avoir une épaisseur d'environ deux millimètres maximum. La plaque métallique incorporée devait également empêcher le mince bouchon de rebondir et de bouger en raison des vibrations causées par la progression du matériau en vrac. La pièce en silicone devait donc combiner deux technologies typiques d'Angst+Pfister : la technologie de l'étanchéité et la technologie de l'antivibration.
Avec une longueur de plus de cinquante centimètres, une géométrie complexe, la transparence requise et les exigences spéciales de la Food and Drug Administration américaine, les ingénieurs d'Angst+Pfister se sont trouvés face à un sac de noeuds. « Pendant le test de faisabilité, il a vraiment fallu se creuser la tête concernant la plaque métallique intégrée avec son matériau composite caoutchouc-métal », raconte Marcello Gisler, ingénieur application produit chez Angst+Pfister en technologie de l'étanchéité. Les autres défis étaient assez simples à relever. Certes, il y avait peu de fabricants pour des pièces moulées en silicone de cette taille et d'une forme aussi complexe. Pour cela, il faut d'énormes outils et des machines adaptées. « Toutefois, nous avons trouvé ce que nous cherchions dans notre vaste réseau de partenaires », se réjouit Marcello Gisler. La pièce moulée devait être non seulement grande, mais aussi de très bonne qualité. D'une part, le composé de caoutchouc ne devait contenir aucune bulle pour ne pas perdre sa transparence. D'autre part, les surfaces devaient répondre à des exigences strictes en matière d'hygiène. Le bouchon doit également protéger contre la pénétration de la saleté et les éclaboussures d'eau pour faciliter le nettoyage.
« Pour nous, le défi était de développer un appareil vibrant avec un amortissement le plus faible possible, qui empêche l'accumulation de la saleté et qui serait facile à nettoyer », se souvient Urs Helfenstein.
Trouver des alternatives économiques
« Notre idée était de laisser tomber la plaque métallique, pour une question de coûts et pour faciliter la production. Le bouchon serait fixé à la tôle sous-jacente à l'aide de broches en silicone. Nous avons également suggéré un silicone si transparent que la plaque qui se situe derrière reste lisible malgré l'épaisseur des parois », explique Tugba Bilgic Tune, Engineer Sealing Technology chez Angst+Pfister. Le client a ensuite effectué les simulations de vibrations nécessaires à cette conception et a mis en place les bouchons en silicone, et les résultats ont été satisfaisants : nous avons pu effectivement nous passer de l'insert métallique.
Les ingénieurs ont choisi comme matériau pour cette conception un caoutchouc de silicone translucide (VMQ) d'une dureté Shore A de 50. Celui-ci est conforme aux exigences de la FDA selon la directive 21 CFR (Code of Federal Regulations) partie 177.266 a) à f) pour les articles en élastomère. Il correspond à une liste positive et réussit les tests de migration. Grâce à ce matériau qui dispose de la transparence requise, Marcello Gisler et Tugba Bilgic Tune ont pu augmenter l'épaisseur des parois du silicone et ainsi se passer de la plaque métallique.
Coperion a d'abord testé la conception avec un prototype réalisé par moulage sous vide. Le client a donné le feu vert pour la nouvelle idée, car sans la plaque métallique, le bouchon coûtait bien moins cher à fabriquer. « Nous en avons été très satisfaits », dit Urs Helfenstein. Grâce à de nombreux échanges, il a été possible de trouver ensemble des solutions censées.
Une conception conforme aux réglementations hygiéniques
Tugba Bilgic Tune et Marcello Gisler ont également trouvé une solution convaincante en matière d'hygiène et de nettoyage. « Le bouchon est pressé sur la balance avec une précharge, de sorte qu'il scelle hermétiquement l'électronique à l'intérieur », explique Tugba Bilgic Tune. Ainsi, le système est fermé. Le bouchon en silicone empêche l'intrusion de poussière dans les interstices. Cela réduit les efforts de nettoyage au minimum. Coperion a pu prouver par des tests qu'aucun liquide ne pénètre dans l'appareil et qu'il répond ainsi aux exigences strictes de conception hygiénique des industries alimentaires et pharmaceutiques. « Le bouchon entoure l'ensemble de la transmission sans lacunes ni croisements », note Urs Helfenstein. Pour le client, cela signifie des cycles de nettoyage plus efficaces et des risques réduits en matière d'hygiène, ce qui fait baisser également les coûts de suivi habituellement élevés. « Coperion et Angst+Pfister sont tous deux membres de l'EHEDG et possèdent le savoir-faire nécessaire pour des applications hautement hygiéniques », déclare Marcello Gisler. L'EHEDG est une association professionnelle européenne qui se consacre à l'hygiène dans l'industrie alimentaire.
Angst+Pfister a finalement pu fournir le bouchon en silicone en trois dimensions – entre 30 et 54 centimètres. « Nous sommes satisfaits de cette solution économique et adaptée à notre problème », conclut Urs Helfenstein.
Conclusion
En éliminant la plaque métallique et en utilisant des bouchons en silicone translucide, ils ont pu réduire les coûts tout en maintenant la fonctionnalité et la conformité avec les réglementations de la FDA. La nouvelle conception a non seulement permis de réduire considérablement les coûts, mais aussi d'améliorer l'efficacité du cycle de nettoyage, ce qui est crucial pour les industries soumises à des normes d'hygiène strictes, telles que les industries alimentaires et pharmaceutiques.
La collaboration entre Coperion et Angst+Pfister témoigne d'un engagement à trouver des solutions pratiques et réalisables par le biais d'une communication ouverte et d'une expertise partagée.
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