Brevet FR2263879A1 — publié le 19751010

Bthomme de l'art a recherché depuis longtemps un procédé permettant à travers le forçage sous pression d'une matière visqueuse, de créer un profilé continu de ladite matière. Son profil transversal étant celui de ltorifice de forçage appelé filière. le but à atteindre étant la continuité du processus de fabrication, les moyens d'alimentation et de forçage de la matière ont exclu peu à peu les mouvements alternatifs. Un des procédés employés est donc constitué par une vis d1Archimède qui, placée à 'intérieur d'un fourreau et animée d'un mouvement de rotation, alimente la matière et la comprime contre la filière. Cette méthode suppose, à la base, que ladite matière adhère sur îefourreau et ne tourne pas avec la vis (ou moins rapidement que celle-ci). Divers procédés ont été employés dans ce but et couverts par de nombreux brevets : profils de filets de vis ; différence de température de la vis et du four- reau pour faire intervenir l'adhérence de la matière sur la vis ou le fourreau en fonction de la matière utilIsée. La machine est simple mais suppose de savoir agir sur un nombre élevé de paramètres et relève de la technique de lthomme de l'art. De plus, un 11patinage'1 de la matière est inéluctable, faisant ainsi chuter le débit théorique et constitue une source de frottement donc de chaleur à évacuer. le rendement énergétique est mauvais. Par conséquent, la puissance à installer élevée. Dans le but de pallier cet inconvénient, on a donc imaginé de loger dans le fourreau dont la section est évidemment modifiée non pas une mais deux vis à filet interpénétrant. Une véritable pompe étant ainsi créée, l'utilisateurn1est plus assujetti au problèmes d'adhérence sur les parois donc des parametres de température supposés par ceux-ci.La nature des matières susceptibles dletre transformées sur ces machines est donc plus vaste, la puissance absorbée plus faible (absence de patinage") et la conduite plus aisée Néanmoins, la réal sation de ces machines est coûteuse présence de deux vis avec la haine cinématique que cela impose et fourreau en forme de r8rt d'uale exécution longue et délicate et de ce fait, onéreuse De plus si on peut supposer que dans la machine à une ViS celle-ci 'flotte" dans son fourreau, centrée par la matière contenue dans ses filets, il n'en est pas de mtme dans les machines à deux vis (les réactions de la matière située dans la zone dtinterpénétration des vis repoussant celles-ci contre le fourreau d'où frottement et usure beaucoup plus rapide (toute chose égale par ailleurs) que dans le cas de- la machine à une vis. Par ailleurs, les pressions nécessaires à ltextrusion étant souvent élevées de par la nature des matériaux à mettre en oeuvre, les réactions axiales sur les vis sont considérables. les axes des vis étant parallèles, les dispositifs actuellement connus pour encaisser ces réactions sont délicats à réaliser du fait du faible encombrement disponible. Pour permettre de disposer d'un encombrement plus élevé pour absorber ces réactions, on a alors imaginé de faire des machines à double vis dont les axes ne sont plus parallèles mais concourants (le point de croisement se situant dans le sens d'avancement de la matière). Le problème d'encaissement des réactions est alors résolu mais il est évident que le prix du matériel devient excessivement élevé de par les difficultés pratiques de réalisation. les plasticiens dont l'art relève de la rhéologie puisqu'ils mettent en oeuvre des matières visqueuses ont donc pensé à utiliser l'effet de Weissenberg. -La machine d'extrusion, d'un dessin totalement nouveau, se compose alors de deux portions de plan circulaire d'axe géométrique confondu et animés de vitesses différentes. Un effet de compression centripète s'exerce alors. Nalheureuseirnt, celui-ci est trop faible pour obtenir les pressions de forçage nécessaires et les efforts de frottement sont élevés. On retrouve alors (en plus du désavantage du manque de pression) les inconvénients de la machine à une vis. On a donc imaginé de créer sur l'un ou sur les deux plateaux, des déflecteurs ou aubes, analogues à ceux que l'on peut trouver dans les pompes classiques (appelées dans le langage courant "centrifuges") qui, orientés à ltenvers, s'ajoutent à l'effet de Weissenberg. On a imaginé également d'adjoindre à ce dispositif une vis dont l'axe serait centré sur celui d'un plateau, recréant ainsi une machine à extrusion monovis solidaire de llensemble précédent ; ou alors d'autres dispositifs permettant de diminuer les effets du frottement de la matière sur les parois de la filière. Ces adjonctions augmentent naturellement le prix de la machine Il résulte de cet examen, qu'il ne semble pas, actuellement, qu'un dispositif réellement satisfaisant, tant du point de vue prix du mat-ériel, usure, puissance absorbée, facilité de conduite, ait été proposé. L'invention satisfait à ces impératifs et vise une tgte d'extrusion comprenant deux plateaux en vis-à-vIs dont l'un au moins est animé d'un mouvement de rotation, caractérisé en ce que les plateaux présentent, chacun, au moins un canal en spirale, de sorte que, en fonctionnement, les canaux sont remplis par la matière à transformer et possèdent une portion commune située dans le plan de séparation des plateaux, un entrainement positif de la matière se produisant par effet de pompe volumétrique, vers le centre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe partielle de la tête d'extrusion d'une machine selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe partielle et. à plus grande échelle de cette tête d'extrusion suivant le plan de séparation des plateaux les figures 5 et 4 sont des vues respectivement en coupe diamétrale et en plan, du plateau fixe ; et les figures 5 et 6 sont des vues, respectivement en coupe diamétrale et en plan, du plateau mobile ar La forme de réalisation représentée d'vine tette d'extrusion selon l'invention, se trouvent disposés en vis-à-vis, sur deu plateaux circulaires i et 2, un ou plusieurs canaux en spirale. En fonctionnement, ces canaux sont remplis par le maté riau à transformer et possèdent une portion commllne située dans le plan de séparation des deux plateaux. le plateau i est fie et le plateau 2 est mobile. ien entendu, on peut envisager, suivant une variante, que les plateaux soient animés d'un mouvement de rotation relatif ltun par rapport à l'autre. le canal d'alimentation 3 ne débouche pas périphérique- ment dans la tette, mais à l'intérieur et selon l'arc d'ouverture d'une spire, le diamètre extérieur du plateau fixe 1 étant entouré solidairement par un cylindre 4 recouvrant sans le toucher le diamètre extérieur du plateau mobile 2. On peut rem@@@quer sur les plateaux trois étages de compression différents se décomposant en - une zone @ériphérique d'alimentation et prégélifica- tion A suivie d'un premier anneau lisse a - une seconde zone de gélification B suivie d'un second anneau lisse d - une troisième zone centrale de pompage proprement dite C ayant pour but de forcer la matière à travers un orifice de sortie centrale5. Lorsque le plateau 2 est animé d'un mouvement de rotation, il se crée un entratnement positif du matériau, donc un ef fet de pompe volumétrique, qui ne peut être détruit que lorsque les efforts de frottement sont supérieurs aux efforts de cisaillement. On peut jouer facilement sur ces paramètres en choisissant la surface de cisaillement et la profondeur des canaux. On peut aussi agir s le profil des canaux. Pour que cette pompe puisse alors fonctionner correctement, il faut évidemment que, la matière à l'intérieur étant supposée incompressible, le volume compris à l'intérieur du périmètre délimité par les parois de deux canaux soit indépendant de son emplacement sur le plateau. Or, le Demandeur a trouvé qu'un canal compris entre deux spirales d'expression mathématique f = A satisfait à cet impératif. Dans exemple de réalisation représenté (tout autre dessin pouvant etre réalisé en fonction du matériau à transfor mer), la valeur A de ltéquation des courbes T = S 0 ainsi que la largeur des canaux des trois étages de pompe ont été dé terminées pour réaliser un taux de compression de 2 entre le pre mier et le second étage et de 1,4 entre le second et dernier étage. Par ailleurs, le débit de chaque étage étant proportion nel à A #-N(1-n/K) [H - n/K (H-h)] équation dans laquelle N = vitesse de rotation ; n = nombre de spires de la pompe ; K = largeur de chaque spire h = hauteur H = distance entre les fonds des plateaux. On voit quiff est possible en fixant les.paramètres A n - E-h,de jouer sur les débits en faisant varier Il. Par consé quent, d'ajuster les taux de compression relatifs entre deux étages en choisissant pour chacun de eeux-ci les valeurs de A - n K et h (quatre-variables pour un seul paramètre i le débit). Il est donc possible dtextweder un grand nombre de ma tières sans avoir à changer les plateaux. Ce qui présente un avan @tage considérable sur les boudineuses à vis, chaque changement de matériau à transformer exigeant le changement des vis. Certains matériaux étant compressibles (tels que ceux qui se présentent avant passage dans la machine sous forme de poudre par exemple), il peut être avantageux que le volume compris entre les spires soit variable. Il suffit alors de modifier la profon deur de ces spires, leur profondeur variant comme le volume de la matière emprisonnée. Par le même procédé, on peut également, en un point quel conque du trajet de la matière, créer des zones de décompression permettant 12 évacuation des gaz inclus par exemple. On peut de mêne créer des zones de compression obligeant ainsi la matière à passer d'une spire à l'autre, provoquant un effet de mélange intense (sur lequel on peut agir facilement en écartant plus ou moins les plateaux) modifiant ainsi la -distance qui sépare le haut des spires (passage radial ou passage axial) avec taux de compression variable. On peut aussi modifier la hauteur des spires pour créer des zones d'échange inter-spires. L'analyse mathématique de l'équation de la spirale choisie permet en outre de démontrer que - la longueur de cheminement de la matière est proportionnelle au cube du diamètre des plateaux. Ceci est intéressant à constater quand on sait que dans les machines à vis cette longueur de cheminement est proportionnelle à la longueur du fourreau - la vitesse de cheminement de la matière décrott de la périphérie vers un minimum assez voisin du centre (valeur égale à g ) donc avec une énergie potentielle minimum (économie de puissance) dans une zone de calme particulièrement propice pour disposer éventuellement des pièces en saillie, améliorant encore le mélange de la matière, la dispersion et le broyage de ses composants - toutes formes de spirale peuvent etre exécutées à partir d'un seul et meme reproducteur, le rayon vecteur étant toujours proportionnel à l'angle de celui-ci. On peut ajouter également pour lthomme de l'art que dans la mise en oeuvre des thermoplastiques, la durée de transformation est nettement réduite par rapport aux machines actuelles. les effets de cisaillement pouvant être réduits au maximum, lténer gie absorbée est faible. Faible temps de séjour et faibles contraintes mécaniques, pressions élevées permettant par un apport calorifique extérieur (forme d'énergie moins coûteuse que la transformation mécanique en chaleur) d'amener à haute température, à l'abri de l'oxygène, la matière dans un meilleur état de gélification. Une application avantageuse de la machine selon l'in- vention est de permettre 11 enrobage de câbles électriques, pEr exemple, en faisant passer le fil à enrober dans un alésage pra tiqué dans l'axe des plateaux, supprimant ainsi la suggestion des tettes dites d'équerre, d'emploi indispensable sur les autres machines. Il est bien en.erldu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et quton pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est définie dans les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Pompe d'extrusion pour matières visqueuses comprenant deux plateaux en vis-à-vis dont l'un au moins est anime d'un mouvement de rotation, caractérisée en ce que les plateaux présentent, chaeun, au moins un étage de canaux en spirale, de sorte que, er fonctionnement, les canaux sont remplis rar la matière et possèdent une portion commune située dans le plan de séparation des plateaux, un entraînement positif de la matière se produisant par éffet de pompe volumétrique, vers le centre 2. Pompe d'extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que des etages différents de compression sont définis sur les plateaux. 3. rompe d2extrusion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque canal est compris entre deux spirales d'expression athématique P = A 4. Pompe d'extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un prolongement cylindrique de l'un des plateaux entoure sans le toucher l'autre plateau, l'alimentation de la machine se faisant dans ce prolongement, suivant un arc correspondant sensiblement à une entrée de canal. 5. Pompe dsextrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur des canaux est variable afin d'obtenir, notamment, suivant la nature de la matière, un volume variable entre les canaux. 6. Pompe d'extrusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'écartement des plateaux est rendu variable afin d1obtemir, notamment, des zones de compression à taux de compression variable. 7 Pompe dlextrusion selon la revendication 1, caractérise en ce que des saillies de mélange sont prénies sur les plateaux. 3. Pompe d'extrusion selon l'une quelconque des revendisations à 7, caractérisée en ce qu'elle est appliquée à l'enrobage des câbles électriques, le fil à enrober passant dans un alésage pratiqué dans l'axe des plateaux.