Brevet FR2136996A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne un ensemble d'extrusion destiné à équiper une boudineuse pour la mise en forme de matières plastiques et, par exemple, la fabrication de profilés ou de tubes. Toutes les boudineuses comportent un dispositif à vis 5 tournant dans un fourreau dont l'extrémité porte la filière caractéristique du produit fini. Cet ensemble, généralement chauffé, joue à la fois le rôle de malaxeur pour mélanger les divers produits thermoplastiques devant constituer le matériau final et les matières d'addition telles que des colorants, et le rôle de pompe pour forcer 10 le produit plastifié à travers la filière qui lui donne son profil définitif. Pour une bonne qualité du produit fini, une boudineuse doit donc assurer l'homogénéisation parfaite du produit plastifié et d'autre part son extrusion sous une pression indépendante du débit. L'homogénéisation doit être obtenue par un malaxage conti-15 nu du polymère, action réalisée en imprimant aux molécules des tensions de cisaillement perpendiculaires au sens de déplacement. Cette fonction d'homogénéisation s'effectuera avec d'autant moins de risque de dégradation du produit qu'à chaque instant le volume élémentaire de matière plastique travaillé dans les espaces limités par la 20 vis et le stator reste inférieur à une certaine limite, fonction du type de matière travaillée, et pratiquement indépendant de la taille de la boudineuse. C'est ainsi qu'on ne peut pas augmenter le débit par simple augmentation du volume des espaces libres entre vis et stator, mais seulement par augmentation de la longueur de la boudi-25 neuse, si les limites des vitesses de rotation et d'apport extérieur de calories sont déjà atteintes. La pression de sortie doit être réglable et indépendante du débit. Cette caractéristique ne peut être obtenue que par un étage terminal rigoureusement volumètrique, en admettant que toutes les 30 opérations de dégazage ont déjà été réalisées par les étages amont. La réalisation de ces deux fonctions dans les meilleures conditions n'a été jusqu'à présent obtenue que par des dispositifs d'extrusion à plusieurs vis tournant dans le même sens, et généralement des dispositifs à deux ou quatre vis. Ces dispositifs multivis 35 permettent d'obtenir un étage de sortie pratiquement volumètrique, ce qui permet un débit constant indépendant de la pression. Mais il s'agit là de machines complexes de prix de revient élevé, en raison des grandes difficultés techniques de réalisation. C'est ainsi que, même dans un dispositif à deux vis parallèles, il est nécessaire 40 d'assurer un synchronisme angulaire parfait des deux vis tournant 71 16947 2 2136996 dans le même sens» En outre la réalisation de deux alésages parallèles sécants de grande longueur et de grande précision, destinés à recevoir les deux vis d'extrusion, pose des problèmes d'usinage extrêmement difficiles» Enfin, on a déjà souligné que pour que la 5 matière soit divisée en volumes élémentaires suffisamment faibles pour permettre une homogénéisation suffisante, il est nécessaire de conserver un diamètre relativement faible des vis d'extrusion. Dans le cas d'un système à deux vis parallèles, et compte tenu de l'importance des efforts mis en jeu pendant l'extrusion, le problème de 10 la réalisation des butées des vis limite considérablement la puissance des appareils pouvant utiliser cette technique. la présente invention permet de réunir dans un seul ensemble d'extrusion, d'une part la meilleure robustesse et la simplification d'usinage que représente la solution à une seule vis d'extru-15 sion, et d'autre part un étage terminal rigoureusement volumétrique que l'on ne pouvait jusqu'à présent obtenir que par des solutions à plusieurs vis» L'invention s'applique à un ensemble d'extrusion à vis tournant dans un fourreau terminé par une filière, comprenant une 20 zone dite de malaxage où une vis portant une succession de filets à pas différents tourne dans un alésage circulaire coaxial au fourreau, et un© zone dite de pompage destinée à forcer le produit à travers la filière„ Selon l'invention, dans la zone de pompage le fourreau est 25 usiné intérieurement suivant un profil hélicoïdal à N filets de pas P, une vis excentrée de profil conjugué à (H - 1) filets de pas (N - 1)P étant liée à un mécanisme de mise en rotation orbitale au-tou? de l'axe du fourreau, par appui sur la surface interne du fourreau» 30 L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par le dessin. La figure 1 est une coupe transversale de la zone de pompage d'un ensemble d'extrusion réalisé selon l'invention,, 35 La figure 2 est la juxtaposition des aspects successifs d'une portion de coupe axiale dans la zone de pompage, au cours d'une rotation complète de la vis dans le fourreau. Si 11 on se réfère à la figure 1, qui donne une coupe de l'ensemble d'extrusion dans sa deuxième partie dite de pompage, il 40 doit être entendu que la première partie de cet ensemble d'extrusion 71 16947 3 2136996 est réalisée de façon tout à fait classique pour une boudineuse à une seule vis. Dans cette première zone de malaxage, non représentée par les dessins, l'ensemble d'extrusion comporte donc un fourreau muni d'un alésage cylindrique à section circulaire dans lequel 5 tourne une vis portant une succession de filets à pas différents® D'une manière cousue et traditionnelle, les matières engagées dans cette zone de malaxage progressent vers la zone de pompage en subissant une série de compressions, de détentes et de cisaillements transversaux qui permettent l'homogénéisation du mélange et l'éli-10 mination des gaz qui restaient inclus dans le mélange. Il doit être entendu également que, aussi bien dans la zone classique de malaxage que dans la zone de pompage objet de la présente invention, le fourreau comporte des dispositifs de chauffage d*un type tout à fait classique et qui pour celà n'ont pas été représentés sur les dessins 15 annexés« le fourreau (1), extérieurement cylindrique, est usiné intérieurement suivant un profil hélicoïdal (2), à cinq filets, de centre 0 et de pas P. Ce profil est usiné comme un filetage à cinq filets obtenu avec un outil de forme approprié, la vis (3) qui tour-20 ne à l'intérieur du fourreau (1) présente un filetage conjugué à quatre filets de pas 4/5 cLe P. l'axe 0^ de la vis est excentré par rapport à l'axe 0 du filetage intérieur du fourreau, la vis (3) est entraînée en rotation autour de l'axe 0, en prenant constamment appui au cours de sa rotation sur le profil interne (2) du fourreau. 25 l'axe 0^ de la vis (3) se déplace alors sur un cylindre circulaire (4) coaxial à l*axe 0. La v a (3) et la surface interne (2) du fourreau délimitent une série de chambres hélicoïdales fermées. Pendant la rotation de type orbital de la vis (3) autour de l*axe 0, les chambres hélicoïdales fermées se déforment progressivement à 30 volume constant. Toutes les matières plastiques introduites dans ces chambres lorsqu'elles débouchent à la fin de la zone de malaxage, se trouvent donc propulsées vers l'extrémité comportant la filière à la manière d'une pâte chassée d'un tube par déformation perpendiculaire au sens d'extrusion. Dans le cas présent, ce tube dé-35 formable est hélicoïdal. En raison de la forme des filets, le mouvement de la vis est un roulement rigoureux sans glissement sur le profil (2), ce qui garanti* une bonne tenue mécanique. En outre, la vis prenant appui dans sa rotation sur le fourreau, il n'y a aucune synchronisation à assurer entre le mouvement de la vis autour de 40 l'axe 0 et la rotation propre de la vis autour de son axe 0.,. / 71 16947 4 2136996 le volume des chambres hélicoïdales définies par les deux filetages conjugués de la vis et du fourreau a été calculé pour ne pas dépasser le volume élémentaire limite. Le nombre de pas, c'est-à-dire celui des chambres hélicoïdales successives, a été choisi 5 pour garantir une étanchéité pratiquement absolue0 On verra mieux en se référant à la figure 2 l'évolution de la section d'une chambre hélicoïdale, dans une même section transversale, pendant un tour complet de la vis (3) autour de 1*3X60. Les figures partielles 2a, 2b, ... 2g sont toutes des as-10 pects successifs d'une même portion d'une coupe axiale II-II de la figure 1 ; elles définissent donc la section de la chambre, respectivement, dans la partie supérieure aux alentours du creux de filet R du fourreau, et dans la partie inférieure aux alentours du sommet ï» du fourreau. 15 La figure partielle 2a correspond à la position relative de la vis et du fourreau telle que représentée par la figure 1. Dans ce cas, le point A sommet d'un filet de la vis est au contact du point R, creux d'un filet dans le fourreau. Les figures partielles suivantes correspondent à des points singuliers lors de la rota-20 tion de un tour de la vis autour de l'axe 0 et dans le sens de la flèche représentée sur la figure 1. La figure partielle 2b correspond au moment où le sommet B de la vis vient au contact du creux S du fourreau. On voit que dans la section transversale correspondante la section de la chambre 25 qui était nulle aux alentours du point R sur la figure 2a a légèrement grandi, de même que le volume de la chambre aux alentours du point T' opposéo La figure partielle 2c correspond à la position où le sommet C de la vis est venu au contact du creux T du fourreau. 30 La figure 2d correspond à la position où le creux 0' de la vis est venu au contact avec le sommet T' du fourreau, soit après 1/2 tour de la vis. La figure 2e correspond à la position où le sommet D de la vis est au contact du creux U du fourreau. 35 La figure partielle 2f correspond à la position où le som met A de la vis est venu au contact du creux Y du fourreau. , Enfin la figure partielle 2g correspond à la fin d*un tour complet, reproduisant l'aspect de la figure 2a, mais avec le sommet B venu au contact du creux R du fourreau. 40 On voit sur cette succession de figures que la section de 71 16947 5 2136996 la chambre située aux alentours du creux de filet R du fourreau croît d'abord, passe par un maximum, et redevient nul au bout d'un tour complet» En fait, en raison de la forme hélicoïdale des filets, ceci correspond à un déplacement de la chambre d'un pas du filetage 5 du fourreau. On pourra noter que la pression de sortie est fonction du couple autorisé par l'inertie de la vis, ainsi que du couple moteur installé, le débit est uniquement fonction de la vitesse de rotation de la vis, avec simplement comme limites celles imposées 10 par la matière plastique traitée. Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple,mais elle couvre d'autres modes de réalisation qui en différeraient que par des détails. 15 C'est ainsi que le nombre de filets de la vis et du four reau n'est pas limité respectivement à 4 et 5 ; il suffit que la vis comporte un filet de moins que le fourreau. Dans ce cas si l'on désigne par ïl le nombre de filets du fourreau, pair N - 1 le nombre de filets de la vis, et par P le pas du filetage du fourreau, le 20 pas P' du filetage de la vis sera déterminé par la relation P* =(N - 1 )P. 71 16947 6 2136996 REVENDICATIONS 1) Ensemble d'extrusion à vis tournant dans un fourreau terminé par une filière, comprenant line zone dite de malaxage où une vis portant une succession de filets à pas différents tourne 5 dans un alésage coaxial circulaire du fourreau, et une zone dite de pompage destinée à forcer le produit à travers la filière, caractérisé par le fait que dans la zone de pompage le fourreau est usiné intérieurement suivant un profil hélicoïdal à N filets de pas P, une vis excentrée de profil conjugué à (N - 1 ) filets de pas 10(N-1)P étant liée a un mécanisme de miser en rotation orbitale autour de^l'axe du fourreau, par appui sur la surface intérieure du fourreau» 2) Ensemble d'extrusion selon revendication 1, caractérisé par le fait que le mécanisme de mise en rotation orbitale de la vis 15 excentrée est conjugué avec le mécanisme d'entraînement de la vis dans la zone de malaxage, les vitesses de rotation des deux vis autour de l'axe du fourreau étant dans un rapport constant0 3) Ensemble d'extrusion selon revendication 1, caractérisé par le fait que la vis excentrée est directement liée à un touril- 20 Ion excentré de la vis de malaxage