Brevet FR2221264A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne l'extrusion de tubes et plus particulièrement, mais non exclusivement, de tubes en matière plastique. Elle se rapporte au contrôle et à la régulation de l'épaisseur de la paroi, en particulier pour obtenir une épaisseur sensiblement uniforme celle-ci, tant dans le sens périphérique que celui de la longueur du tube. Bien qu'on puisse monter une filière d'extrusion avec une fente de sortie annulaire parfaitement uniforme, il ne s'ensuit pas automatiquement une épaisseur uniforme de la paroi du tube une fois que calui-ci est "gelé", c'est-à-dire solidifié. Pour corriger ce défaut d'uniformité de la paroi, l'opérateur ou un contrôleur procède habituellement à un décalage de la partie extérieure de la filière par rapport au mandrin en agissant sur des vis de réglage disposées tout autour de cette partie, mettant ainsi un obstacle à l'écoulement de la matière fondue extrudée là où elle est la plus épaisse et/ou elle s'écoule à une vitesse linéaire plus élevée. On ne peut se fier à ce procédé et des réglages doivent parfois être faits pendant un laps de temps relativement long avant que les températures de travail aux divers points se soient stabilisées.Lorsqu'il s' agit d'extruder des tubes de grand diamètre à paroi épaisse (par exemple, ceux pesant 45 kg par mètre linéaire), il devient particulièrement coûteux de se conformer aux normes exigées en raison de la tendance aux écarts sur le côté épais et en s'y conformant, on doit accepter un gaspillage de matière pour lequel on ne peut réclamer aucune compensation financière. Cette perte peut attetnare 10 %. Etant donné qu'il n'existe pas de moyens visuels pour indiquer le succès de l'opération de "décalage" avant qu'une longueur considérable de tube ait été produite, coupée et que l'épaisseur de paroi ait été mesurée avec précision sur toute la périphérie, le fabricant est à la merci de la personne chargée de régler la position de la partie annulaire de la filière pour éviter un gaspillage inutile de matière. D'autres réglages peuvent alors être nécessaires, d'où il résulte d'autres périodes pendant lesquelles une longueur de tube est extrudée pour être éventuellement mise au rebut.Alors que le tube devrait être constamment extrudé dans les tolérances prescrites, c'est-à-dire conformément aux normes exigées, il est tout à fait normal que ltécoulement se modifie sans cesse en cours d'extrusion, ce qui exige un nouveau réglage par les mimes moyens empiriques et fastidieux et entraîne la mise au rebut de nouvelles longueurs de tube. Il se produit en outre des variations dans l'épaisseur générale du tube, c'est-à-dire dans le sens de sa longueur, ces variations étant dues aux modifications du débit de matière fondue qui s'écoule du cylindre de l'extrudeuse vers la filière, elles-m#mes provoquées par les flucWations de la température ambiante ou de celle du cylindre. Les dites variations sont corrigées par un réglage de la vitesse d'étirage du tube extrudé à la sortie de la filière. Ici aussi, le fabricant dépend entièrement de la personne chargée d'effectuer les réglages de la vitesse d'étirage aux moments voulus. Il en résulte d'autres périodes pendant lesquelles une longueur de tube est extrudée pour être ensuite mise au rebut. Si la vitesse d'étirage est trop élevée, l'épaisseur du tube dans le sens de sa longueur sera trop faible.Par contre, Si la vitesse d'étirage esttrop réduite, cette épaisseur dans le sens longitudinal sera trop grande. L'invention a donc tout d'abord pour objet de fournir un procédé pour contrôler et régler facilement l'épaisseur de paroi de tubes extradés au fur et à mesure que des changements dans les conditions d'extrusion tendent à modifier l'épaisseur de la paroi. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé pour maintenir sensiblement uniforme l'épaisseur de la paroi dans le sens périphérique du tube et pour contrôler et régler cette épaisseur dans le sens longitudinal. L1invention a encore pour objet de fournir un procédé pour régler l'épaisseur de la paroi d'un tube extrudé en réagissant rapidementawr mesures d'épaisseur effectuées sur ce tube. Elle a aussi pour objet de fournir un appareil permettant de contrôler et de régler facilement l'épaisseur de paroi d'un tube extrudé. Un autre objet de l'invention est de fournir un appareil permettant de contrôler et de régler facilement l'épaisseur de paroi d'un tube extrudé, appareil qui réagit automatiquement et rapidement aux changements dans les mesures de l'épaisseur de ce tube. L'invention a aussi pour objet de fournir un appareil du type préc#ité, permettant de maintenir sensiblement unifbrme l'épaisseur de paroi dans le sens périphérique et dans le sens longitudinal d'un tube extrudé. cet effet, le procédé de controle et de réglage selon 1 ' invenrion consiste à contrôler et à régler individuellement les températures dans 1 tune quelconque donne pluralité de zones réparties tout autour de la filtre, de sorte qu'en agissant sur la température on modifie la vitesse d'écoule7nent de la matière fondue suivant les besoins et l'on règle ainsi 1 ' épais~ seur dans le sens périphétique du tube. Il n'est donc plus nécessaire de déplacer radialement la partie extérieure annulaire de la filière pour effectuer un réglage. L'épaisseur de la paroi du tube extrudé peut être mesurée continuellement pu par intermittence et le réglage des températures dans les zones précitées peut être effectué de la meme manière pour modifier en conséquence l'épaisseur de la paroi. Les températures dans les zones sont aussi réglées de préférence pour neutraliser l'influence de conditions lochies telles que les mouvements de l'air, spécialement les courants d'air, autour de la filière d'extrusion, qui modifient l'épaisse seur de la paroi en influant sur la température de la matière fondue. L'appareil selon l'invention pour le contrôle#et le réglage de l'épaisseur de paroi de tubes extrudés comporte une filière d'extrusion munie d'une série de corps de chauffe espacés tout autour d'elle et des moyens pour commander individuellement la puissance des corps de chauffe. L'appareil comporte aussi de préférence une série de conduits de refroidissement espacés tout autour de la filière et des moyens pour régler individuellement le débit du fluide de refroidissement qui circule dans chacun de ces conduits. Lés corps de chauffe et les conduits de refroidissement sont disposés de préférence dans la partie annulaire extérieure de la filière. Les corps de chauffe peuvent être des résistances électriques en forme de cartouches disposées dans des passages parallèles à la direction de 1'extrusicn et les conduits de refroidissement sont des passages parallèles aux corps de chquffe, à raison d'un condul-t sur chaque côté d'un corps de chauffe. La partie extérieure annulaire de la filière peut comporter un cylindre en acier muni sur sa face externe de rainures longitudinales dans chacune desquelles est logé un tube contenant un corps de chauffe, d'autres disposés sur chaque côté des tubes contenant les corps de chauffe servant de conduits de refroidissement, tous ces tubes étant enveloppés dans une matière ayant une conductivité thermique élevée, par exemple, une résine époxy moulée garnie d'aluminium, et étant divisés en segments (définissant les zones dans la masse fondue) par une matière thermiquementisolnnte, la matière thermo-conductrice étant enveloppée à son tour par un revêtement de matière d'isolation thermique.Les tubes des corps de chauffe sont de préférence maintenus en plate initialement dans les rainures, c'est-à-dire avant de couler la matière thermo-conductrice, au moyen de trois bagues en acier, dont celle intermédiaire maintient aussi en place les tubes de refroidissement le long des tubes de chauffage et est munie de trois douilles pour les fiches de prises males de l'alimentation en courant électrique des corps de chauffe et de thermocouples servant à mesurer les températures du cylindre d' acier près des segments, une des autres bagues étant percée de trous pour le passage des vis de fixation de la partie extérieure annulaire de la filière.Le fluide de refroidissement peut être de l'air, ou de l'air et de la vapeur d'eau, qui peuvent être rejetés dans Itatmosphère Les moyens pour régler la puissance des corps de chauffe et/ou le débit du fluide de refroidissement peuvent être manuels, mais ils comportent de préférence un dispositif détecteur pour mesurer, continuellement ou par intermittence, ltépaisseur de paroi du tube extrudé à un endroit de celui-ci où ses dimensions sont stables, c'est-à-dire ou celui-ci est solidifié au moins en surface, et des moyens pour utiliser automatiquement les informations du détecteur afin de régler la puissance des corps de chauffe et/ou le débit du fluide de refroidissement, par exemple, par l'intermédiaire d'une mémoire ou d'une calculatrice.Une chemise de calibrage peut être divisée en deux parties successives l'une près de la filière d'extrusion (pour assurer la solidification initiale du tube) et l'autre à une certaine distance de la première dans le sens d'étirage, avec entre elles un intervalle dans lequel le détecteur monté sur un chariot peut tourner autour du tube. Le dispositif détecteur peut être du type à rétro-diffusion, c'est-à-dire de ceux dans lesquels les rayons déviés forment avec leur directio41nitiale un angle supérieur à 900, et la source de rayonnement tourne avec le détecteur. Le dispositif détecteur est de préférence aussi adapté pour envoyer périodiquement des informations qui sont intégrées pour réguler l'épaisseur de paroi ur une valeur moyenne dans le sens longitudinal, en agissant sur la vitesse d'étirage, toute modification dans le débit total de la matière fondue étant automatiquement neutralisée par un réglage de la vitesse d' étirage. De toute- façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil Figure 1 est une vue de coté, en élévation, d'une extrudeuse de tubes munie de l'appareil selon l'invention Figure 2 est une vue en perspective de la partie extérieure de la filière de figure 1, dont une partie a été enlevée pour montrer l'intérieur Figure 3 est une vue agrandie en coupe transversale de la partie annulaire de figure 2,- montrant sa construction de base. A la figure 1, l'extrudeuse 1 comporte une filière 2 (dont la partie annulaire extérieure 3 est représentée plus en détail aux figures 2 et 3), qui produit un tube 4. Celui-ci traverse une chemise ou tête de calibrage divisée en deux parties SA, 5B montées 1 une à la suite de l'autre, avec entre elles un intervalle dans lequel un dispositif détecteur 6, du type de ceux dans lesquels les rayons déviés forment avec leur direction initiale un angle supérieur P QOO, tourne sur un chariot (indiqué par le rectangle 2) autour du tube 4, de façon à mesurer l'épaisseur de paroi de ce dernier, ltépaisseur dans le sens de la longueur du tube ou épaisseur générale étant commandée par la vitesse d'un dispositif d'étirage 8 qui exerce une traction sur le tube 4 "gelé". Le dispositif détecteur 6 est entraîné en rotation par un moteur 9 et le dispositif d'étirage 8 est entraîné par un moteur 10, les deux moteurs étant alimentés par une ligne Il sur laquelle est montée une unité de commande 12, qui reçoit des signaux du dispositif détecteur 6 afin de pouvoir réguler l'épaisseur du tube 4 de la manière décrite plus loin en référence aux figures 2 et 30 On peut voir aux figures 2 et 3 que la partie extérieure annulaire 3 de la filière 2 comporte un cylindre en acier 13 dont la face cylindrique externe est munie de rainures 14 dans chaque rainure 14 est logé un tube 15 contenant un corps de chauffe électrique 16 en forme de cartouche (représenté seulement à la figure 3), et2hutres tubes 17, disposés un de chaque côté de chaque tube de chauffage 15 et qui, reliés entre eux par paires au moyen de boucles 18 qui enjambent les tubes de chauffage 15 forment les conduits de refroidissement.Une matière 19 ayant une grande conductivité thermique, par exemple, une résine époxy moulée et garnie d'aluminium, enveloppe les tubes 15 et 17 et est divisée en segments par une matière isolan- te 20. La matière thermo-conductrice est entourée à son tour par un revêtement de matière isolante 21.Les tubes de chauffage 15 sont initialement maintenus en place dans les rainures 14 (avant la coulée de la matière therwovoonductrice 19) par des bagues en acier 22, 23, 24.Les extrémités 25 des tubes de refroidissement 17 s'étendent radialement à travers la matière thermo-conductrice 19 it la matière thermoisolante 21 près de la bague 22 pour former des tubulures servant au raccordement de tuyaux (voir figure 1) amenant le fluide de refroidissement aux tubes 17 et le ramenant au réservoir.La bague 23 est munie de douilles 26, 27 pour les fiches (non visibles) de prises mâles assurant la liaison électrique respectivement avec les corps de chauffe 16 et avec des thermo-couples 28 (cf.figure 3) pour mesurer la température du cylindre 13 près des segments de matière 19. La bague 24 est munie de trous 22 pour le passage des vis de fixation de la partie annulaire 3 de la filière sur l'extrudeuse 1. On peut voir à la figure 1, dans laquelle les lignes électriques et les conduites de fluide de refroidissement ne sont représentées que pour un seul segment de la partie annulaire 3 par souci de clarté, les lignes 30 et 31 qui aboutissent respectivement aux corps de chauffe et aux therio-couples, et relient l'unité de commande 12 à la filière ; l'unité 12 actionne des vannes (non visible) de réglage du débit du fluide de refroidissement arrivant par une conduite d'alimentation principale a2 et sortant de l'unité par une conduite 33 pour aboutir à un segment de la filière. La conduite 34 est la conduite d'évacuation du fluide de refroidissement et les conduites 33 et 34 sont raccordées aux extrémités 12 des tubes 22 représentés à la figure 2. En prenant pour exemple une filière comportant douze segments de matière thermo-conductrice 19, on peut facilement imaginer nn nombre égal de lignes 30 > 31 et de tuyaux 33, 34 (et leurs vannes) reliés à ltunité de commande 12, qui contient un système de mémoires ou une calculatrice- qui établit une relation entre l'épaisseur mesurée par le dispositif détecteur 6 autour du tube 4 et les températures du cylindre d'acier près des segments de matière et, si nécessaire, qui règle les dites températures en modifiant la puissance des corps de chauffe 4*5 ou en modifiant le débit du fluide de refroidissement dans les conduits 17, afin de controler la tempera-ture de la matière fondue qui sort de la filière 2 en modifiant la température de l'une quelconque dine pluralité de zones réparties autour de la filière et définies par les segments de la matière thermoconductrice 19, de sorte qu'en modifiant la température de la matière fondue on modifie aussi sa vitesse d'écoulement et, par là, l'épaisseur de la paroi du tube extrudé0 La température de chaque zone est régulée individuellement pour maintenir une épaisseur sensiblement uniforme sur toute la périphérie du tube 4, et la vitesse du moteur 10 est réglée par une commande manuelle (non visible-) pour régler la vitesse du mécanisme d'étirage 8 afin de réglerrépaisseur du tube 4 dans le sens de sa longueur. Une augmentation de la vitesse du mécanisme 8 provoque une diminution de l'ipaisseur de la paroi du tube extrudé et inversement une diminution de la vitesse d'étirage correspond à une augmentation de 1' épaisseur de la paroi. REVE?#DI CATI ONS 1. - Procédé pour contrôler et régler l'épaisseur de paroi de tubes extrudés, caractérisé en ce qu'il consiste à con frôler et régler individuellement la température dans une pluralité de zones réparties autour de la filière afin de réguler l'épaisseur de la paroi dans le sens périphérique du tube. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi du tube extrudé est mesurée, continuellement ou par intermittence, et en ce que le réglage des températures dans les zones de la filière est effectu! en fonction des mesures obtenues pour régler l'épaisseur à la valeur désirée. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les températures dans les zones de la filière sont réglées de façon à minimiser ou neutraliser l'influence des conditions locales existant autour de la filière sur l'épaisseur de la paroi du tube extrudé en agissant sur la viscosité de la matière fondue. 4. - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 #, caractérisé en ce qu' il comporte une filière d'extrusion munie d'une série de corps de chauffe espacés tout autour d'elle et des moyens pour commander individuellement la puissance des corps de chauffe0 5. - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une série de conduits de refroidissement espacés tout autour de la filière et des moyens pour régler indiViduellement le débit du fluide de refroidissement qui circule dans chacun de ces conduits. 6. - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les corps de chauffe et les conduits de refroidissement sont disposés dans la partie annulaire extérieure qui définit avec le mandrin la fente d'extrusion. 7. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les corps de chauffe sont des résistances électriques en forme de cartbuchedisposées dans des passages parallèles à la direction de l'extrusion et en ce que les conduits de refroidissement sont des passages parallèles aux corps de chauffe. 8. - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de refroidissement de chaque c8té de chaque corps de chauffe. 9. - Appareil selon la revendication 8,caractérisé en ce que la partie annulaire extérieure de la filière est constituée par un cylindre creux en acier, dont la face cylindrique externe est munie de rainures longitudinales dans chacune desquelles est placé un tube contenant un corps de chauffe et en ce que des tubes disposés à raison d'un tube de chaque côté de chaque tube de corps de chauffe forment les conduits de refroidissement, tous les tubes étant enveloppés dans une matière ayant une conductivité thermique élevée divisée en segments par une matière d'isolation thermique, la matière thermo-conductrice étant enveloppée à son tour dans bn revêtement de matière & isolation thermique. 10. - Appareil selon la revendication 9, caract-érisé en ce que les tubes de corps de chauffe sont maintenus en place par trois bagues en acier dont celle intermédiaire maintient aussi les tubes de refroidissement en place le long des tubes de corps de chauffe et est munie de douilles pour les -fiches de prises mâles de connexions électriques desservant les corps de chauffe et des thermocouples qui mesurent les températures des segments du cylindre en acier, une des autres bagues étant percée de trous pour le passage des vis de fixation de la filière sur l'extrudeuse. 11. - Appareil selon l'une quelcohque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens pour régler la puissance des corps de chauffe et/ou le débit du fluide de refrodissenent sont manuels. 12. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens pour le réglage de la puissance des corps de chauffe et/ou du débit du fluide de refroidissement comprennent un dispositif détecteur pour mesurer, continuellement ou par intermittence, l'épaisseur de la paroi du tube extrudé en des points où ses dimensions sont stables et des doyens pour exploiter automatiquement,les inf##ations obtenues en vue de régler la puissance des corps de ahauffe et/ou le débit du fluide de refroidissement. 13. - Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une chemisé de calibrage divisée en deux parties placées l'une à ld suite de l'autre, une près de la filière d'extrusion et l'autre à une certaine distance de la première dans le sens d'étirage, le détecte# tournant sur un chariot autour du tube dans l'intervalle entre les deux parties. 14. - Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif détecteur est du type à rétro-diffusion. 15. - Appareil selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif détecteur est aussi apte à envoyer des informations exploitables pour réguler 1' épaisseur de paroi du tube dans le sens de sa longueur en agissant sur la vitesse d'étirage, de façon à compenser automatiquement tout changement dans la vitesse d'écoulement générale de la matière fondue à la filière par un réglage de la vitesse d'étirage.