Brevet FR2427897A1 — publié le 19800104

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour modifier l'épaisseur d'un corps, notamment d'un tube en matière thermoplastique, sortant d'une filière chaude d'extrudeuse alimentee à débit constant et entraîné, en aval et dans le prolongement de cette filière chaude, par des organes motorisés de roulement sur ce corps. L'invention s'applique notamment au cas où l'on désire modifier périodiquement l'épaisseur d'un tube extrudé afin de lui donner à intervalles réguliers une surépaisseur sur une courte longueur, cette surépaisseur étant destinée à subir ultérieurement une expansion radiale en vue d'obtenir, après tronçonnement, des tuyaux munis d'un emboîtement ayant à peu près la même épaisseur que leur fût. On a proposé, notamment dans les brevets US 2 512 844 et FR 1 252 029, pour faire varier à volonté l'épaisseur d'un corps extrudé dans les conditions indiquées ci-dessus, de modifier la vitesse de rotation des organes motorisés, qui sont groupés en pratique dans un dispositif d'entraînement communément appelé étireuse. Lorsqu'on augmente cette vitesse, le corps extrudé s'étire et s'amincit, et lorsqu'on la diminue, il se produit un phénomène de refoulement de la matière extrudée qui provoque un épaississement de ce corps. Cette solution n'est pas satisfaisante; en effet, les organes de roulement posent toujours des problèmes de régularité d'a dhérence sur la surface du corps extrudé, et ces problèmes augmentent, lorsque l'on fait varier la vitesse de rotation, au point de rendre impossible un contrôle précis de la variation dtépaisseur du corps extrudé et de la longueur sur laquelle cette variation a lieu. L'invention a pour but de fournir un procédé et un sitif permettant de façon simple et précise d'obtenir les modifications d'épaisseur désirées. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on modifie le volume de la cavité de la filière chaude tout en maintenant constante la vitesse de rotation des organes de roulement. L'invention a également pour objet une filière chaude permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Cette filière chaude estcaractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour modifier le volume de sa cavité pendant le fonctionnement de l'extrudeuse. Dans un mode de réalisation particulièrement fiable et robuste, lesdits moyens comportent un piston dont une surface délimitant une partie de la paroi de ladite cavité présente un diamètre variable, ainsi que des moyens d'entraînement de ce piston parallèlement à l'axe de la filière chaude. Pour permettre d'obtenir des profilés extrudés présentant à intervalles réguliers des surépaisseurs de courte longueur, la filière chaude est de préférence munie de moyens pour actionner les moyens d'entraînement à une première vitesse dans un sens et à une deuxième vitesse dans l'autre sens. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble, partiellement en coupe longitudinale et avec arrachements, d'une ligne d'extrusion d'un tube en matière plastique munie d'une filière chaude conforme à l'invention; les Fig. 2 et 3 sont respectivement des vues schématiques en coupe axiale, à échelle bien plus grande que la Fig. 1, de deux modes d'exécution d'une filière chaude conforme à l'invention, dans une première position de fonctionnement; les Fig. 4 et 5 sont des vues partielles en coupe axiale correspondant respectivement aux Fig. 2 et 3 et représentant la filière chaude dans une deuxième position de fonctionnement; la Fig. 6 est une représentation schématique et symbolique d'une commande d'une filière suivant l'exemple de la Fig. 2; la Fig. 7 est une demi-vue en coupe longitudinale du tube extrudé obtenu. Suivant l'exemple d'exécution de la Fig. 1, l'invention est appliquée à une installation ou ligne d'extrusion d'axe X-X comportant en série une vis d'extrusion 1, une filière chaude d'extrusion 2 accolée à l'extrémité de sortie de la vis 1, une filière froide 3 de calibrage extérieur accolée à la filière chaude 2, un bac de refroidissement 4 de grande longueur multiple de celle de la filière froide 3 adjacente et dans lequel circule de l'eau froide, et, plus loin en aval, une étireuse stationnaire 5 à chenilles sans fin 6, par exemple au nombre de deux, constituant des organes d'entraînement par roulement à vitesse constante d'un corps tubulaire ou tube 7 en matière plastique thermoplastique, par exemple en chlorure de polyvinyle rigide, extrudé au moyen de cette installation. Suivant le mode d'exécution des Fig. 1 et 2, la filière chaude 2 comporte un corps creux 8 prolongé vers l'aval par un four reau 9 de forme générale cylindrique. Celui-ci se termine par une face plane 10 contre laquelle est appliquée la filière froide 3, dont le diamètre intérieur est égal à celui du fourreau 9, et est retenu contre le corps 8 par une bride ll et des vis 12. La chambre intérieure 13 de l'ensemble corps 8-fourreau 9 a une section successivement croissante, constante, décroissante et, dans le fourreau 9, constante. La filière 2 comporte, à l'intérieur du corps 8, un poinçon 14 en forme de torpille maintenu par un croisillon 15 au niveau de la première section constante de la chambre 13. Ce poinçon s'étend jusque dans la partie cylindrique d'extrémité de cette chambre et est percé d'un alésage cylindrique borgne 16 débouchant vers l'aval. Dans le fond de cet alésage est vissée une tige 17 dont l'extrémité libre fait saillie hors du poinçon et porte une bague 18 à section ir# ridienne en C. Celle-ci comporte un aisque d'extrémité 19 dont la face aval est coplanaire à la face 10 du fourreau 9, et une jupe annulaire 20 situee å l'intérieur de ce dernier. L'extrémité libre, amont 21 de la jupe 20 est tronconique et convergente vers l'amont. Un piston ou broche 22 coulisse sans jeu sur la tige 17 grâce à un alésage axial 23. Ce piston présente extérieurement une partie arrière filetée 24, une portée médiane 25 de plus grand diamètre coulissant sans jeu dans l'alésage 16, et une portée avant 26 de diamètre encore plus grand coulissant sans jeu dans la jupe 20 de la bague 18. La portée 25 est reliée à la portée 26 par une surface tronconique 27 qui, dans la position la plus avancée du piston 22, représentée sur la Fig. 2, prolonge la surface 21 de la bague 18.Au droit du filetage 24, une rainure longitudinale 28 ménagée dans l'alésage 23 reçoit à coulissement une clavette 29 solidaire de la tige 17; le piston 22 est ainsi bloqué en rotation par rapport à cette dernière. Dans un bras du croisillon 15 est ménagé un passage radial 30 débouchant dans une cavité plus large 31. De plus, un évidement annulaire 32 prévu dans ce croisillon communique tangentiellement avec la cavité 31. Un écrou 33 est vissé sur le filetage 24 et maintenu axialement entre les parois radiales de l'évidement 32. Une tige 34 guidée dans le passage 30 porte à son extrémité un pignon conique 35 requ librement dans la cavité 31 et engrenant avec la denture conique conjuguée de l'écrou 33. L'autre extrémité de la tige 34 est attaquée par un moteur électrique pas à pas 36 visible sur la Fig. 6. Le piston 22 peut donc être déplacé en translation entre la position avancée de la Fig. 2 et une position extrême arrière représentée en traits mixtes à la Fig. 2, dans laquelle il bute sur le fond de l'alésage 16. En pratique, toutefois, la position extrême arrière utilisée dépend du résultat que l'on veut obtenir, comme on le verra plus loin. Le poinçon 14, le piston 22 et la jupe 20 délimitent ainsi avec le corps 8 et le fourreau 9 la cavité annulaire 37 de la filière chaude; le volume de la partie de cette cavité située entre le poinçon 14 et la jupe 20 peut être modifié à volonté, dans certaines limites, par le déplacement dans un sens ou dans l'autre du piston 22. La forme tronconique des surfaces 27 et 21 facilite l'écoulement de la matière plastique. On décrira maintenant l'utilisation de cette installation pour obtenir un tube continu 7 présentant à intervalles réguliers un épaississement interne de longueur L, le diamètre extérieur du tube 7 étant imposé par le dispositif de calibrage 3. Le piston 22 étant en position avancée et le moteur 36 à l'arrêt, on fait fonctionner la vis d'extrudeuse 1 à vitesse constante, c'est-à-dire à débit constant de matière plastique. On fait également fonctionner les çhenilles 6 à vitesse constante. Le volume de la cavité 37 est maximal. La matière plastique extrudée s'écoule donc à travers la cavité annulaire 37 et la section de sortie 38 comprise entre la jupe 20 de la bague 18 et le fourreau 9, à vitesse et débit constants, formant un tube 7 d'épaisseur e constante, qui est plastique et malléable à son entrée dans la filière froide 3 (Fig. 1 et 2). Pour former une surépaisseur interne, on diminue le volume de la cavité annulaire 37 de la manière suivante : on fait tourner la tige 34 de manière à entraîner en rotation le pignon 35 et l'engrenage-écrou 33 et à déplacer le piston 22 vers #'arrièrejuSqu'à une position médiane 22a representqg a la#icr.4. Puis la tige 34 est arrêtée Pendant ce déplacement, la section de sortie 38 du tube 7 n'a pas été modifiée. Par contre, le volume de la cavité 37 a été réduit, puisque la portée de grand diamètre 26 précédemment logée tout entière dans l'alésage de la bague de sortie 18 fait maintenant saillie hors de cette bague, à l'intérieur de la cavité annulaire initiale. Cependant le débit de la vis d'extrusion 1 n'a pas changé. Le volume de matière plastique extrudé correspondant à la diminution de volume de la cavité 37 entre les deux positions du piston 22 est donc obligé de trouver un exutoire vers la sortie de la filière chaude. Le débit est ainsi augmenté artificiellement, et il se forme à la sortie de la filière chaude 2, donc dans la filière froide 3 adjacente, une surépaisseur à l'intérieur du tube 7,l'epaisseur passant de e à ele La mise en rotation rapide de la tige 34 se traduit par une mise en vitesse de translation rapide du piston 22, et donc à un raccordement de courte longueur entre les zones non épaissie e et épaissie el du tube 7. Lorsque la longueur L désirée de la surépaisseur est atteinte, la tige 34 s'arrête (position 22a du piston 22) et est aussitôt entraînée en sens contraire pour ramener le piston 22 dans sa position initiale correspondant au volume maximal de la cavité 37. Ce retour s'effectue à une vitesse oenstante lente programmée et ajustée de telle façon que le piston 22 se retrouve en position initiale à l'instant où l'on désire commander un nouvel épaississement,ou un court instant avant. Pendant ce déplacement, le volume de la cavité 37 augmente; l'augmentation de volume est comblée par de la matière plastique. Pendant ce déplacement, l'épaisseur e2 du tuyau est donc plus petite que l'épaisseur e, mais est constante. Puis le piston 22 repart vers l'arrière, puis vers l'avant, de façon cyclique. A chatue arrêt du piston 22,pendant un court instant,le volume de la cavité 37 reste constantiil se forme donc une petite zone de raccordement d'épaisseur e. En régime oourant,le tube présente ainsi périodiquement une zone d'épaisseur el, de longueur L,une zone d'épaisseur e2,de longueur Ll,avec des raccordements d'é paisseur e,ca:e représenté à la Fig. 7.La longueur L1 correspond à deux fois la longueur du fut des tuyaux à dbtenir,et la longueur L au double de celle des boitements de ces tuyaux,après tronçonnage suivant les lignes 39 indiquées sur la Fig. 7.En variantesen tronçonnant suivant des lignes 39a délimitant d'un meme côté les zones épaissies,on obtint des tuyaux dont le fût et l'eXboitement ont respec- tivement les longueurs L1 et L. puisque le débit de matière est coestant,la vitesse u de deplacement du piston fournissant un épaississement e1-e de longueur L,soit,si D est le diamètre moyen du tube,une augmentation de section #S = # D(el - e) se calcule aisément en écrivant que, à chaque instant, le supplément dL de volume # S dt de l'épaississement est égal à la diminution dV de volume de la cavité 37; à savoir dt = dt rage du tube, il vient: (1) LS1.u =S.v, d'où l'on déduit u. Pour un épaississement el-e donné, on voit que la course 1 du piston 22 limite la longueur L de cet épaississement. En effet, en intégrant la relation La longueur 1max correspond à la venue du piston 22 en butée contre le fond de l'alésage 16. La vitesse de retour du piston 22 se calcule de la même façon en fonction de e2 L1 et v. La commande de la tige 34 peut s'effectuer par tout moyen approprié. On décrira ci-dessous un exemple de montage pour la commande automatique de cette tige. Les déplacements du piston 22 sont convertis en impulsions comptabilisées par un compteur d'impulsions 40 contenu dans un calculateur électronique 41. On introduit dans celui-ci, comme données, d'une part la vitesse d'étirage déterminée par l'étireuse 5 et mesurée par une dynamo tachymétrique 42, et d'autre part la longueur L de l'épaississement et la longueur L1 entre deux épaississements successifs, affichées sur des dispositifs d'affichage respectifs 43 et 44; on affiche également en 45 le programme du calculateur électronique 41 et en 46 le taux d'épaississement souhaité e1/e. Ceci permet au calculateur 41 de donner au moteur électrique 36 le nombre de pas qu'il doit parcourir par seconde dans chaque sens pour que les deux vitesses u de déplacement du piston 22 vers l'amont et vers l'aval fournissent le tube souhaité, suivant les formules indiquées plus haut. Le début de l'épaississement est déclenché lorsque l'extrémité du tube 7 atteint un contact 47. Il s'arrête lorsque le moteur 36 a parcouru le nombre de pas tel que le déplacement vers l'arrière au piston 22 corresponde à la longueur L. La mesure du déplacement se fait par décomptage effectué par le compteur 40, et l'arrêt a lieu lorsque ce compteur est revenu à zéro. Le sens de rotation est alors instantanément inversé par le calculateur électronique 41 sous l'action de son programme 45. Dans le mode de réalisation des Fig. 3 et 5, au lieu de provoquer une variation de volume de la cavité 37, de la filière chaude, à l'amont de la section de sortie constante 38 à partir d'une partie mobile de la paroi convexe de cette cavité (étagement du piston 22), on provoque cette variation à partir d'une partie mobile de la paroi concave de la cavité 37. Pour cela, la filière 2 de la Fig. 2 est modifiée de la façon suivante Le poinçon 14 et le croisillon 15 sont pleins. Le poinçon est prolongé jusqu'à la sortie du fourreau 9 par un noyau cylindrique plein 48. Par contre, la paroi du fourreau 9 est creusée d'un évidement annulaire 49;la paroi extérieure 50 de ce dernier a un diamètre unique, tandis que sa paroi intérieure est étagée, la partie amont 51 de cette paroi ayant un diamètre supérieur à celui de sa partie aval 52.L'évidement 49 communique avec la cavité 37 par une lumière 53 située entre les parties de paroi 51 et 52. Les bords de la lumière 53 sont constitués par des surfaces tronconique 54,55 inclinées en sens opposés. Un piston annulaire 56 coulisse dans l'évidement 49. Il est intérieurement étagé, c'est- -dire qu'il comporte une partie amont 57 et une partie aval 58 coulissant sans jeu, respectivement,surles parties de paroi amont 52 et aval 51 de ltévidement 49. Une surface tronconique 59 relie les parties 57 et 58; quand le piston 56 est en butée contre l'extrémité aval de l'évidement 49, la surface 59 prolonge le bord aval 55 de la lumière 53. La position arrière extrudé me du miston 56 est déterminée par sa butée contre l'extremité amont de l'évi#rt# 49,la surface 59 étant alors voisine du bord amont 54 de la lumière 53 comme représenté en traits mixtes à la Fig. 3.En pratique, comme dans le premier mode de réalisation, on arrête le recul du piston à une position intermédiaire 56a, comme représenté à la Fig. 5. Une crémaillère 60 est ménagée le long d'une génératrice extérieure du piston 56. Elle est attaquée par un pignon 61 d'axe Z-Z perpendiculaire à l'axe X-X, reçu dans une cavité 62 du fourrea 9 communiquant tangentiellement avec l'évidement 49 et entraîné par le moteur 36. Bien entendu, pour permettre l'introduction du piston 56 dans l'évidement 49, le fourreau est réalisé en deux pièces, comme représenté. Le va-et-vient du piston 56 provoque comme précédemment des variations de volume de la cavité 37 de la filière chaude, en amont de la section de sortie constante~38, et par conséquent des épaississements et amincissements périodiques du tube extrudé 7 (voir Fig. 5). Le fonctionnement et la commande sont analogues à ce qui a été décrit plus haut en regard des Fig. 2 et 3. En variante, pour déplacer le piston 22 ou 56, on pourrait utiliser par exemple un système roue et vis tangente , le piston comportant extérieurement un filetage hélicoïdal et constituant la roue avec laquelle coopère une vis tangente motrice entraînée par le moteur 36. On comprend que le piston 22 ou 56 à surface étagée, mobile axialement, constitue un mécanisme simple et précis, facile à commander par un système vis-écrou ou tout autre système équivalent tel que pignon-crémaillère ou roue-vis tangente, et facile à programmer pour obtenir une surépaisseur périodique ayant une épaisseur el et une longueur L bien déterminées, donc de dimensions précises. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'obtention d'un corps tubulaire présentant périodiquement des surépaisseurs. Elle permet également, moyennant des adaptations évidentes, d'obier nir n'importe quel profilé extrudé présentant, périodiquement ou non, des surépaisseurs. C'est ainsi que l'on peut obtenir un profilé de section annulaire complète non circulaire mais par exemple polygonale ou elliptique, ou de forme quelconque, ou encore un profilé creux mais ne formant pas un anneau complet, par exemple une gouttière semi-circulaire, présentant des surépaisseurs espacées, en donnant au fourreau de sortie 9 et au piston 22 ou 56 le profil correspondant. On peut également, avec l'agencement de la Fig. 3, obtenir un profilé plein présentant des bourrelets, en supprimant le noyau 48 et en modifiant la filière froide 3. De plus, en remplaçant la filière 3 par un dispositif de calibrage intérieur, on obtient un profilé tubulaire muni de bourrelets extérieurs. Enfin, un avantage du procédé de l'invention réside dans le fait que la transition entre les zones épaissies et les zones non épaissies se fait sur une courte longueur. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour modif#erl 'épaisseur d'un corps, notamment d'un tube en matière thermoplastique, sortant d'une filière chaude d'extrudeuse alimentée à débit constant et entrdiné, en aval et dans le prolongement de cette filière chaude,?ar des organes motorisés de roulement sur ce corps, caractérisé en ce qu'on modifie le volume de la cavité de la filière chaude tout en maintenant constante la vitesse de rotation des organes de roulement. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient également constante la section de sortie de la filière chaude, la modification de volume de la cavité de celleci étant effectuée en amont de cette section de sortie. 3.- Filière chaude pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (22,56) pour modifier le volume de sa cavité (37) pendant le fonctionnement de l'extrudeuse (1 à 5). 4.- Filière suivant la revendication 3, caractérisée en ce que sa section de sortie (38)est constante, lesdits moyens (22, 56)in tervenanten amont de cette section de sortie. 5.- Filière suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que lesdits moyens (22, 56) comportent un piston dont une surface (25 à 27, 57 à 59) délimitant une partie de la paroi de ladite cavité (37) présente un diamètre variable, ainsi que des moyens (33 à 35, 60-61) d'entraînement de ce piston paral lèlement à l'axe (X-X) de la filière chaude (2?. 6.- Filière suivant la revendication 5, à cavité annulaire, caractérisée en ce que ladite surface (25 à 27) délimite une partie de la paroi convexe de ladite cavité (37). 7.- Filière suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le piston (22) coulisse dans le poinçon (14) et dans une bague d'extrémité (18) de la filière (2) espacée de ce poinçon vers l'aval. 8.- Filière suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le piston (56) est annulaire, ladite surface (57 à 59) étant la surface intérieure du piston et délimitant une partie de la paroi concave de ladite cavité (37). 9.- Filière suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (36, 40 à 47) pour actionner les moyens d'entraînement (33 à 35, 60-61) à une première vitesse dans un sens et à une deuxième vitesse dans l'au- tre sens. 10.- Filière suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que ladite surface (25 à 27, 57 à 59) présente deux parties cylindriques (25-26, 57-58) reliées par une partie tronconique (27, 59).