Brevet FR2182919A1 — publié le 19731214

Cette invention concerne un dispositif destiné à inélanger et à homogénéiser des matières plastiques ou plastifiables, refoules l'intérieur d'un carter au moyen d'une ou de plusieurs vis de refoulexent sans fin. Pour l'amélioration de l'effet de mélange et d'homo- Öénéisátion, le dispositif selon l'Invention est caracterisé par le fait qu'il comprend au moins un rotor denté profilé, comprenant à son tour au moins deux couronnes dentées espacées axialement l'une de l'autre, par cet autre fait que chaque couronne dentée est dotée de plusieurs dents présentant des hauteurs différentes, enfin par le fait que la matière refoulée à l'intérieur du carter par la ou les vis passe pendant le refoulement entre les dents du rotor. Quelquesmodes de réalisation de l'objet de l'invention seront décrites ci-après en regard du dessin scnématique annexé sur lequel La figure 1 est une vue n coupe longitudinale d'un dispositif miangeur et homogénéiseur d'une machine d'extrusion. La figure 2 est une vue en perspective simplifiée d'un rotor composé de plusieurs plateaux dentés Les figures j à 6 sont des vues en élévation de face d'autres plateaux dentés. Les figures 7a à 7f sont des vues en perspective montrant des dents de formes diverses La figure 8 montre schématiquement quelques agencements possibles de couronnes dentées consécutives et diffé- rentes. La figure 9 est une vue en élévation d'un rotor denté d'un dispositif correspondent par ailleurs sensiblement à celui que montre la figure 1. Les figures 1G à 12 sont des vues en coupe transversa- le respectivement faites suivant les lignes X-X, XI-XI et XII-ÄII de la figure 9. Le dispositif représenté sur la figura 1 comprend un carter cylindtielue 1 dont l'extrémité libre est rétrécie et façonnée à la forme d'une filière d'extrusior 2, et dans lequel est montée à rotation une vis sans fin de refoulement 3. Pour mieux mélanger et homogénéiser la matière qui doit être façonnée par extrusion, on intercale entre deux tronçons fa et 3b de la vis de refoulement 5 un rotor denté 4 doté de trois couronnes dentées 5.La matière doit passe? entre le carter 1 et les dents 6 des couronnes 5 qui présentent des hauteurs variables, et cette matière est ainsi soumise à une très forte action de cisaillement ayant pour effet de la mélanger et de l'homogénéiser. Cet effet est renforcé lorsque le carter 1 est garni sur le pourtour intérieur de dents 7 intercales en certains points entre les couronnes dentées 5. Dans l'exemple représenté, une seule dent 7 est prévue entre deux couronnes dentées 5. De préférence, on prévoit cependant des couronnes intérieures complètes de dents présentant des hauteurs variables. La dent 7 de l'exemple représenté est formée par un boulon fileté 8 vissé dans un bossage taraud 9 prévu sur le carter 1. C'n peut avantageusement remplacer ce boulon par un dispositif connu quelconque, permettant de faire pénétrer une tigetou un élément similaire jusqu'à une profondeur variable à travers un orifice, de régler la profondeur nécessaire et de bloquer la tire.Les dents 5 font par exemple corps avec le rotor 4 et peuvent être fraisées dans la masse, tandis que le rotor 4 est accouplé rigidement d'une manière usuelle aux tronçons 3a et ab de la vis de refoulement La figure 2 représente un rotor dent 4 composé de quatre plateaux dentés 10 présentant un alésage central et fixés par une clavette Il sur un arbre 12 avec interposition de disques d'espacenent non représentés, cet arbre étantà son tour rigidement accouplé à l'arbre de la vis de refoulement ou faisant corps avec celui-ci.La figure 2 montre clairement que les dents 6 de chacune des couronnes 5 présentent une hauteur variable, et que l'enveloppante 13 des dents 6 se présence sensiblement sous la forme d'une spirale d'rchiniède. Dans le rotor selon la figure 2, les dents 6 de même hauteur, mais faisant partie de couronnes diffrentes, sont alignées axialement, ce qui n'est pas le cas dans d'autres modes de réalisa tien. Les rotors composés de plateaux dentés et de disques d' espacement se prêtent à une fabrication industrielle plus facile que les rotors fraisés dans la masse, tandis que leurs éléments euvent être ffacilement utilisés pour la composition d'autres rotors. a Ligure 3 montre un plateau denté 10 dont la couronne 5 est formée par quatre groupes comprenrIn chacun trois dents de hauteurs aifférentes. L'enveloppante 14 des dents 6 comprend 4 lobes en spirale s'étendant chacun sur un angle de 900. Les dents 6 de la couroerne 5 du plateau denté 10 selon la fissure 4 sont délimitées par une enveloppante 15 en forme d'ellipse. Cette figure indique en 15' l'enveloppante de la couronne d'un autre plateau denté pour montrer que les dents de même hauteur ne sont pas alizées axialement, mais décalées périphériquement les unes par rapport aux autres. Il en est de même en ce qui concerne l'enveloppante 16 et 16' ou 17 et 17' selon les figures 5 et 6. Dans cet exemple, l'enveloppante 16 se présente sensiblement sous la forme d'un triangle équilatéral à angles arrondis, tandis que l'enveloppante 17 correspond à un carré également à angles arrondis. La figure 7 représente six formes avantageuses et différentes de dents 6a à 6f. Dans tous les cas représentés, la longueur 1 de chaque dent ó, mesurée dans la direction axiale, est plus grande que la largeur b mesurée dans la direction périphérique. ma longueur i de la dent 6 est également de préférence égale à l'épaisseur du plateau dents' 10 de la manière indique sur la figure 7. A côté du plateau denté 10 indiqué en a) est également représenté lt'un des disques d'espa cément précités (mais non représentés) qui est dans ce cas désigné par lenombre de référence 18. La dent 6a est façonnée à la forme de brique et pré- sente des faces en bout planes 19. La dent 6b se présente également sous la forme d'une brique, mais présente des faces en bout arrondies 20. La dent 6. est dotée de côtés longitudi- naux 21 arrondis formant des arêtes aiguës 22 à l'avant et à l'arrière. La dent 6d présente à son tour des arêtes alguës 23 tandis que ses côtés longitudinaux 24 sont formes par trois faces planes inclinées les unes par rapport aux autres. La dent 6e présente égalerient des faces en bout 25 biseautées et convergeant de bas en haut. La dent 5f présente finalement à l'avant et à l'arrière une pointe en forme de pyramide 26. On peut enfin imaginer de nombreuses autres variantes et combinaisons des dents oa à 6f représentées aux figures 7 du dessin. Par exeaple, il est possible d'arrondir toutes les arêtes, et les faces en bout peuvent être partiellement fayon- nées à la fore indiquée en 19 ou en 25, ou encore à l'avant de la manière indique en 26 et à 1' arrière de 'e anière indiquée en 20, etc.. La figure 8 montre de quelle manière les dents 3, par exemple de trois couronnes consécutive3 IdentIques Sa à 5c peuvent être décalées périphériquement les unes par rapport aux autres. Pour chaque couronne dentée, le dessin ne représente que trois dents 61, 62 et 63 présentant des hauteurs différentes h1, h2, h3. On voit que la couronne dentée 5b est décalée périphériquement par rapport à la couronne dentée5a d'une division t, tandis que la couronne dentée 5c est décalée d'une demi-division t/2. Il est bien entendu possible de choisir un décalage angulaire quelconque, les décalages représentés sur le dessin étant cependant préférés.Selon que les couronnes dentées sont conçues et décalées angulairement les unes par rapport aux autres, et selon leur distance de séparation établie par les disques d'espacement, les particules des ma tières plastiques passant entre les couronnes dentées, ou deve nant plastiques pendant le traitement (et dont @ les composantes de vitesse axiale et tangenvielle sont sensiblement partout les mêmes à l'entrée du rotor) sont animées par les dents de hauteurs variables de composantes de vitesse tangentielle et locale très fortement différentes avoir les diagrammas de vecbeurs A et B), ce qui se traduit (grâce à la condition de continuité) par de très fortes différences des composantes de vitesse axiale.Il en résulte ainsi dans la nasse pâteuse 7 généralement très épaisse, des forces de pesanteur du type précité favorisant le mélange et l'homogénéisation. Dans les appareils d'extrusion comprenant deux vis sans fin de refoulement tournant dans des sens opposés et refoulant parallèlement, on prevoit de préférence à la suite de chaque vis un rotor denté du type décrit, et ce de façon qu'il soit toujours possible de les faire engrener l'un avec l'autre. Bien que l'agencement le plus simple consiste a rendre le rotor denté solidaire de la vis sans fin, il et parfaitement possi bla de le aire tourner au ryen d'un mécanisme d'entraînement distinct, et à une vitesse différente de celle de la vis sans fin. On peut êgaleent prévoir plusieurs rotors dentés à la suite d'une seule vis sans fin, ou une seule couronne den tée à l'extrémité de cette vis sans fin. Dans certains cas particuliers, il peut être éventuellement avantageux de prévoir à l'intérieur du carter une couroime dentée immobilisée par rapport à la vis et présentant les profils précédemment décrits. Il n'est pa, indispensable que le mélange et l'homogénéisation aient lieu dans une machine d'extrusion, bien. que ce soit généralement le cas Dans les modes de réalisation précédemment décrits, les dents de chaque couronne partent d'un cercle de base commun tandis que les enveloppantes des dents présentent des formes géométriques différentes pour l'obtention de plateaux dentés différents, par exemple des formes en spirale, en ellipse, en polygone. Ces formes présentent un inconvénient en ce sens qu'elles rendent difficile le façonnage des couronnes dentées sur les machines-outils usuelles, notamment sur les tours.Pour éviter cet inconvénient, on peut donner à l'enveloppante des dents de chaque couronne la forme d'un cercle décentré par rapport au cercle de base. Le rotor denté 4 représenté comprend un ar3re12 et trois plateaux dentés 31 qui sont fixés sur l'arbre 12 par des clavettes 11. Les plateaux dentés 31 identiques sont respecti vement dotés de douze lents 6 dont la lonÓueurl est supérieure à leur largeur b.La lor.ueur L des dents est cependant inférieure à l'épaisseur h des plateaux 31, de sorte que ceux-ci se touchent directement sur l'arbre 12 comme dans les modes de réalisation précédemment décrits (fi6.7). Les dents partent d'un cercle de base commun 32, l'enveloppante étant à son tour formée par un cercle qui est cependant décentré par rp- port au cercle de base 32.La dent la moins hauteestdésignée par le chiffre de référence l,tandis que la lDnt la plus haute est indiquée en 62 Cfig. 1C à 12) et les couronnes dentées sont décalées angulairement les unes par rapport aux autres de 900 sur l'arbre 12. Ce mode de réalisatIon offre un anantaOe en ce sens que l'usinage des dents est beaucoup plus simple, parce qu'il suffit alors de pontez les couronnes dentées 31 sur le tour avec un certain décentrement pour obtenir des dents de hauteurs différentes. bien entendu, on peut égalcuent prévoir une enveloppan- te décentrée des dents sur des plateaux dont l'épaisseur est égale à la longueur des dents. bans ce cas, il est cependant nécessaire d monter sur l'arbre des disques d'espacement intercalés entre les plateaux dentés. De plus, il n'est pas indispensable que la longueur des dents soit supérieure à la largeur, bien que ceci Soit en général particulièrement favorable pour l'effet du dispositif mélangeur et homoeneiseur. XEV;'NDIChTIONS 1 - Dispositif destiné à mélanger et à homogénéiser des madères plastiques ou plastifiables refoulées dans un carter au moyen d'une ou de plusieurs vis sans fin, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un rotor denté profilé 4, comprenant à son tour au moins deux couronnes dentées 5 espacées axialement l'une de l'autre, par cet autre fait que chaque couronne dentée 5 est dotée de plusieurs dents 6 présentant des hauteurs h différentes, enfin par le fait que la matière refoulée à l'intérleur du carter 1 par les vis 3 passe pendant le refoulement entre les dents 6 du rotor 4. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rotor denté 4 fait corps avec les dents 6. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rotor denté 4 est composé de plateaux dentés 10 et de disques d'espacement 18 intercalés entre les plateaux consécutifs. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fai ue le liteaux dentés et les disques d'espacement sont fixes sur un arbre 12. 5 - Dispositif selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications 2 a 4, caractérisé par le fait que la longueur 1 des dents 6 est supérieure à leur largeur b. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'enveloppante 13 des dents 6 d'au moins une couronne dentée 5 se présente au moins sensiblezent sous la forme d'une spirale d'hrchinède. 7 - Dispositif selon la revendication 5, carac tris par le fait que l'enveloppante 14 des dents 6 d'au noirs une couronna dentée v comprend plusieurs segments en spirale décalés angulairement les uns Ezr rapport aux autres - Dispositif selon la revendica la revendication 5, caractérisé par le fait que l'enveloppante 15 des dents 6 d'au moins une coror,- dentée S est sensiblement elliptique. 9 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu l'eneloppante 16 des dents s d'au moins une couronne dentée 5 se ressente sous. la forme d'un triangle équilatéral à angles arrondis 1C - Dispositif selon la revondication 5, cfaractéri- sé par le rat que l'enveloppante 17 des dent e d1au oIns une couronne dentée 5 se présente sous la forer d'un carre à angles arrondis Il - Dispositif selon la revendication 5, caras- térisé per le fait que les dents 6a, 6b, 6 présentent: à l'avant et (ou) à l'arrière des faces en bout 19, 20, 25. 12 - Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé par le fait que les dents 6c, 6d, 6f présentent à l'avant et (ou) à l'arrière des arêtes angulaires 22, 23, 26. 13 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que deux couronnes dentées Sa, 5b sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'une division entière'des dents 14 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que deux couronnes dentées 5a, 5b sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'une demidivision des dents 15 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le carter 1 présente sur le pourtour intérieur des dents 7 dirigée-s vers l'intérieur et pénétrant entre les couronnes dentées 5. 16 - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les dents partant du pourtour intérieur du carter 1 forment des couronnes et sont réglables en hauteur. 17 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le rotor 4 est rendu rigidement-solidaire d'une vis sans fin 3. 18 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le rotor profilé et la vis sans fin sont séparément entraînés en rotation. 19 - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé par le fait que certaines couronnes dentées profilées sont rendues solidaires du carter. 20 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les dents de chaque couronne partent d'un cercle de base communs caractérisé par le fait que l'enveloppante 33 des dents 6 de chaque couronne dentée 51 se présente sous la forme d'un cercle décentré par rapport au cercle de base 32.