Brevet FR2459125A1 — publié le 19810109

Il s'est révélé avantageux dans la trans- formation de masses plastiques thermoplastiques d'utiliser dans certains cas des extrudeuses à deux étages. On connait des extrudeuses à vis en cascade. Grâce à ces extrudeuses à cascade, on peut obtenir un traitement ménagé de la matière, parce que l'on peut entraîner les arbres des vis de chaque étage de la cascade à des vitesses de rota- tion différentes les unes des autres. Ce réglage indépendant des vitesses de rotation de l'un des étages par rapport à l'autre permet la séparation des stades du procédé dans la technique de l'extru- sion. On peut par exemple attribuer au premier étage les stades d'alimentation en matière brute, de transport, de compression, de fusion et de pré- homogénéisation. Au deuxième étage on peut attri- buer les stades du procédé de compression, de modé- ration de la température, de mélange, de filtration et de sortie sous pression. Le plus souvent la vis du deuxième étage,qui peut être refroidie,tour- ne à une vitesse plus petite et a un diamètre plus grand afin d'éviter tout échauffement nuisible et inutile de la matière à transformer. Mais il s'est révélé qu'il n'est pas pos- sible avec les extrudeuses à deux étages connues d'extruder un produit final suffisamment plastifié et homogénéisé aux débits élevés qui sont exigés aujourd'hui. En particulier,des masses à mouler ayant des additifs difficiles à disperser, comme des pigments colorés, donnent des produits finaux de qualité insuffisante. On a constaté qu'il est particulièrement difficile de faire entrer des masses plastiques pul- vérulentes dans ces extrudeuses connues. Cette en- trée défectueuse des masses plastiques pulvérulentes empêche d'obtenir des débits élevés et donne en outre des fluctuations de transport. L'invention vise une extrudeuse à vis à deux étages pour des masses à mouler thermoplastiques, notamment pour des masses plastiques pulvérulentes, comprenant un étage vertical et un étage horizontal dont les chambres de travail communiquent par un pas- sage grâce auquel on peut obtenir un produit final de qualité suffisamment bonne et qui a cependant un bon débit et une entrée satisfaisante. Suivant l'invention, les deux étages sont décalés l'un par rap- port à l'autre de manière à ce que la zone inférieure de sortie de l'étage vertical et celle d'entrée de l'étage horizontal soient tangentes là o elles se croisent, l'étage vertical présente un tronçon de plastification de type à satellites,l'arbre de la vis de l'étage vertical est soutenu par un palier inférieur à charge axiale, sur l'arbre de vis à l'extrémité inférieure du tronçon de plastification de type à satellitesest -disposé un anneau d'usure pour les broches satellites du tronçon de plastification. En chargeant la masse à mouler à transfor- mer dans un étage vertical, on tire profit de la force de gravité même de. la masse à mouler. On arrive ainsi à une entrée uniforme, même pour des masses à mouler s'écoulant mal et de faible densité apparente. La partie de plastification de type à satellite dis- posée dans l'étage vertical présente plusieurs broches satellites dentées de manière inclinée qui sont dispo- sées autour d'une zone d'un arbre central de vis. L'arbre central de vis est muni également dans la zone des broches satellites d'une denture inclinée. Con- centriquement à l'arbre de vis vertical est prévue une partie cylindrique à denture intérieure. Les broches satellites engrènent d'une part dans l'arbre de vis et d'autre part dans la denture intérieure de la partie cylindrique. Des tronçons de plastification de type à satellite sont connus en eux-mêmes. Ils ont l'avan- tage de laminer la matière de manière répétée en un délai très bref et d'en obtenir ainsi un mélange intensif. Les masses à mouler sont toujours redéstra- tifiées à peu de distance. On obtient ainsi une chaleur de cisaillement interne qui contribue à la fusion de la masse à mouler. Par l'agencement en décalé des deux étages, on peut recevoir l'extrémité inférieure de l'arbre vertical central de vis dans un palier à charge axiale. On s'oppose aux forces de réaction axiale qui se pro- duisent par la bague d'usure sur l'arbre de vis. Pour obtenir une meilleure entrée de la masse à mouler à amener et une évacuation sous pres- sion de l'air enfermédans la masse à mouler, il est bon que l'extrémité supérieure de l'arbre de la vis présente un tourillon de prolongement faisant saillie dans la trémie de chargement et/ou dans un puits de chargement, ce tourillon étant relié direc- tement ou indirectement à un dispositif d'agitation et/ou à une vis de bourrage. Le tourillon de pro- longement,solidaire en rotation de l'arbre de la vis, peut porter directement un dispositif d'agitation et/ou une vis de bourrage. Mais il est aussi possible d'u- tiliser ce tourillon de prolongement comme tourillon de palier pour un dispositif d'agitation et/ou pour une vis de bourrage qui peut être entratnée séparé- ment. De préférence,le tourillon s'amincit coni- quement vers le haut en tout ou partie. Quand le tourillon portant le dispositif agitateur et/ou la vis de bourrage s'amincit coniquement vers le haut, la masse à mouler chargée est amenée au tronçon de plastification en étant déjà précomprimée. Suivant une variante, sur le tourillon est disposée entre la trémie de chargement et le tronçon de plastification de type à satellite une vis de bourrage tournant par rapport à l'arbre de la vis et le volume des filets de la vis de bourrage diminue de manière continue. Grâce à la vis de bourrage qui tourne par rapport à l'arbre de vis central, on peut obtenir une modification du rapport de compres- sion de la matière amenée. On peut régler l'amenée de la matière suivant ses propriétés. Le volume de filet qui diminue d'une manière continue donne une précompression recherchée de la matière. De préférencela vis de bourrage ayant un mouvement de rotation relatif est entratnée par l'intermédiaire d'un engrenage à satellitesen liaison avec l'arbre central de la vis. La vis de bourrage peut être entraînée par l'intermédiaire de l'engre- nage à satellites directement par l'arbre central de la vis qui est entraînée. Il n'est pas nécessaire de prévoir un entraînement supplémentaire pour la vis de bourrage. En changeant les roues des satel- lites, on peut modifier le rapport de la vitesse de la vis de bourrage à celle de l'arbre de vis. Suivant une variante, la zone d'extrémité de l'arbre de la vis de l'étage vertical est entou- rée par une douille cylindrique pouvant tourner et celle-ci présente une ouverture de passage pouvant être mise de manière réglable en coïncidence avec le passage des étages. Il est donc prévu un dispositif d'étranglement. Grâce à ce dispositif d'étranglement il est possible de se rendre maître de la pression dans l'étage vertical en libérant plus ou moins le passage entre les étages. Suivant une variante avantageuse, on peut utiliser la douille cylindrique permettant de se rendre mattre de la pression de travail dans le premier étage en même temps comme vanne de démarrage. Lors du démarrage,le passage de la douille cylindri- que est mis en coïncidence avec la sortie secondaire. La masse à mouler transportée sort à l'air libre par la sortie secondaire. Quand la masse à mouler qui sort est suffisamment plastifiée, on tourne la douille cylindrique et l'on met l'ouverture de pas- sage de la douille cylindrique en coïncidence avec le passage des deux étages. Suivant une variante qui améliore l'entrée de la matière dans l'extrudeuse, le tronçon denté vers l'extérieur de la broche principale de l'arbre vertical de la vis est en retrait par rapport au début du tronçon de plastification de type à satelli- tes. On évite ainsi de manière sûre la formation de pontage dans la masse à mouler qui.est amenée. L'invention procure une extrudeuse permet- tant de transformer des masses à mouler difficiles à transformer, comme par exemple des masses à mouler pulvérulentes ou de type sous forme de rognures, en ayant des débits élevés et une qualité suffisante. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: La figure 1 est un schéma d'une extrudeuse à deux étages dont l'un est vertical et l'autre est horizontal. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente une variante de la zone de chargement précomprimant la masse à mouler. La figure 4 est une variante de la zone de chargement de l'étage vertical, et La figure 5 illustre une autre variante de la zone de chargement de l'étage dans laquelle le tronçon dentée vers l'extérieur de la broche princi- pale de l'arbre central de vis est en retrait dans le tronçon de plastification de type à satellites. L'extrudeuse présente en tant que premier étage de transformation un étage 6 vertical. Un étage 7 ho. rizontalet perpendiculaire à l'étage 6 est décalé par rapport à celui-ci. Les deux étages 6 et 7 sont tangents en l'endroit 8 o ils se croisent. L'étage 6 vertical repose sur une enveloppe 9 dans laquelle sont disposés le moteur et l'engre- nage pour entraîner l'arbre 11 tournant de vis. L'é- tage 7 horizontal est porté par l'intermédiaire d'un appui 12 par le socle 13 et est entraîné à l'extrémité opposée à l'extrémité 14 de sortie par une unité 15 d'entraînement. L'extrémité supérieure de l'étage 6 verti- cal présente une trémie 16 de chargement pour la mas- se à mouler pulvérulente. Dans la paroi latérale de la trémie 16 de chargement est ménagée une ouverture 17 d'alimentation pour l'amenée de la masse à mouler. La trémie 16 de chargement est posée sur une pièce 18 cylindrique qui repose à son tour sur un bloc 19 entourant la partie inférieure de l'arbre 11 de la vis. L'arbre 11 de vis,tournant dans l'envelop- pe 18, 19 de l'étage 6 vertical,présente ensuite dans une zone 21 d'alimentation un tronçon 22 de broche principale à denture inclinée,qui est entouré par des broches 23 satellites également à denture in- clinée et qui engrènent avec lui. La pièce 18 cylin- drique s'étendant sur la longueur des tronçons 22 de broche principale a une denture intérieure dans la- quelle engrène la denture des broches 23 satellites. A l'extrémité inférieure du tronçon 22 à denture in- clinée est monté sur l'arbre 11 de vis un anneau 24 d'usure qui, en fonctionnement, presse les broches 23 satellites. A l'anneau 24 d'usure fait suite un tron- çon 25 de vis transporteur qui s'étend dans la zone 8 de croisement des deux étages 6 et 7. A ce tronçon de vis transporteur fait suite un filetage 26 fin de transport en sens inverse auquel est raccordé le tourillon 27 du palier par le tronçon 28 d'entratne- ment. L'alésage du fourreau de l'étage 6 vertical est élargi dans la zone du bloc 19 et présente une douille 29 cylindrique adaptée. Cette douille 29 cy- lindrique est munie d'une ouverture 31 de passage qui, aux dessins, est en coïncidence avec un canal 32 du bloc 19. Ce canal 32 met la zone de sortie de l'étage 6 vertical en communication avec la zone d'entrée de l'étage 7 horizontal. Diamétralement opposée au canal 32 est prévue une ouverture 33 secondaire ménagée dans le bloc 19, ouverture qui, dans la position illustrée aux dessins de la douille 29 cylindrique, est fermée par celle-ci. L'étage 7 horizontal est équipé d'orifices 34 de modération de la température et d'un orifice 35 de dégazage à l'endroit 8 o se croisent les deux étages 6 et 7. L'arbre 11 de la vis de l'étage 6 vertical présente un tourillon 36 de prolongement s'étendant en se rétrécissant coniquement vers le haut à partir du tronçon 22, ce tourillon 36 traversant la trémie 16 de chargement. Ce tourillon 36 peut être entratné en rotation par l'extrémité libre supérieure dans une plaque 37 formant couvercle. Le tourillon 36 porte deux ailes 38 et 39 formant agitateur qui facilitent l'entrée de la matière à mouler. La masse à mouler,sous forme de poudre ou sous forme de rognures,est chargée dans la trémie 16 de chargement par l'intermédiaire de l'ouverture 17. L'arbre 11 de la vis de l'étage 6 vertical est entraîné. Les ailes 38 et 39 qui tournent provoquent une précompression de la masse à mouler, précompres- sion qui est favorisée aussi par le volume d'amenée qui va diminuant vers le bas. La masse à mouler est saisie par le tronçon 18, 22, 23 de plastification de type à satelliteset est plastifié9de manière ména- gée. A la sortie du tronçon 18, 22, 23 de plastifi- cation, il s'établit dans la masse à mouler une pression sous l'effet du tronçon 25 transporteur de vis et la masse à mouler est pressée dans l'étage 7 horizontal en passant par l'ouverture 31 de passage et par le canal 32. Le filetage 26 de transport en sens inverse empêche une entrée des particules de masse à mouler dans le palier 41 à charge axiale. La masse à mouler est saisie par la vis 42 transpor- teur qui tourne dans 1'étage 7 horizontal, est homo- généisée de manière ménagée et est extrudée. La figure 3 illustre une variante de la zone d'alimentation. Le tourillon 136 de prolonge- ment qui se rétrécit vers le haut pour l'arbre 111 de vis est muni d'une tige 43 transporteuse en forme de vis, et la zone 121 d'alimentation est cylindrique. Il se crée ainsi un volume de filet de vis devenant constamment de plus en plus petit vers le bas. Cela a pour conséquence avantageuse que l'air est exprimé de la masse à mouler et que celle-ci précomprimée est amenée au tronçon 122, 123 de plastification de type à satellites. La figure 4 illustre une autre variante de la zone d'alimentation de l'étage vertical. Le tron- çon 222 principal de broche à denture inclinée porte un tourillon 44 de prolongement, lequel est entouré par un manchon 45 tournant et qui s'appuie sur lui. La partie inférieure du manchon 45 est conçue comme vis 46 de bourrage en ayant un volume de filet décroissant constamment. Dans la trémie 216 supérieu- re conique, le manchon 45 qui tourne par rapport à l'arbre 211 porte deux ailes 238, 239 faisant office de dispositif agitateur qui, lorsqu'elles tournent, amènBetles masses à mouler qui s'écoulent mal à la vis 46 de bourrage sousjacente. L'extrémité supérieure du tourillon 44 est montée à rotation dans un couvercle 47 du fourreau. En outre la zone d'extrémité supérieure du tourillon 44 porte une roue 48 à denture intérieure qui engrè- ne dans des roues 49 satellites, lesquelles de leur côté engrènent dans un pignon 51 enfilé sur l'extré- mité supérieure du manchon 45. Cet engrenage 48, 49, 51 à satellite a pour résultat que le mouvement de rotation donné par l'arbre 211 se transmet par l'engrenage 48, 49, 51 à satellite au manchon 45 et ainsi au dispositif 38, 39 de brassage et d'agitation et à la vis 46 de bourrage. Le manchon 45 tournant est entralné sui- vant un certain rapport par rapport à l'arbre 211 et donc à une certaine vitesse par rapport au tron- çon 222 principal de broche à denture extérieure du tronçon 222, 223 de plastification de type à satel- lites. Il suffit de changer la roue 49 satellite et le pignon 51 pour modifier le rapport des vitesses de rotation de la vis46etdel'arbre 211. Suivant la mas- se à mouler et le nombre de broches 223 satellites, on peut ainsi adapter le volume de transport de la vis 46 de bourrage aux possibilités de transport de l'étage 6 vertical. - La figure 5 illustre une variante du tron- çon 522, 523 de plastification de type à satellites, suivant lequel le tronçon 522 de broche principale à denture extérieure de l'arbre 511 de vis vertical est en retrait du côté de l'alimentation, c'est-à- dire que les broches 523 satellites vont au-delà du tronçon 522. Les broches 523 satellites qui tournent sur elles-mêmes évitent ainsi qu'il se forme des ponts dans la masse à mouler chargée dans la trémie 516 de chargement. On obtient ainsi une entrée uni- forme et améliorée de la masse à mouler. REVENDICATIONS 1) Extrudeuse à vis à deux étages pour des masses à mouler thermoplastiques, notamment pour des masses plastiques pulvérulentes, comprenant un étage vertical et un étage horizontal dont les chambres de travail communiquent par un passage, caractérisée en ce que: les deux étages (6, 7) sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que la zone inférieure de sortie de l'étage (6) vertical et celle d'entrée de l'étage (7) horizontal soient tangentes là o elles se croisent, l'étage (6) vertical présente un tronçon (22, 23) de plastification de type à satellites, l'arbre (11) de la vis de l'étage (6) verti- cal est soutenu par un palier (41) inférieur à charge axiale, sur l'arbre (11) de vis à l'extrémité infé- rieure du tronçon (22, 23) de plastification de type à satellitesest disposé un anneau (24) d'usure pour les broches (23) satellites du tronçon (22, 23) de plastification. 2) Extrudeuse suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que l'extrémité supérieure de l'arbre de la vis présente un tourillon (36; 44) de prolongement faisant saillie dans la trémie (16) de chargement et/ou dans un puits de chargement, ce tourillon étant relié directement ou indirectement à un dispositif (38, 39) d'agitation et/ou à une vis (46) de bourrage. 3) Extrudeuse suivant la revendication 2, carac- térisée en ce que le tourillon (36) s'amincit conique- ment vers le haut en tout ou partie. 4) Extrudeuse suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que sur le tourillon (44) est disposée entre la trémie (216) de chargement et le tronçon (222, 223) de plastification de type à satellites, une vis (46) de bourrage tournant par rapport à l'arbre (211) de la vis et le volume des filets de la vis (46) de bourrage diminue de manière continue. 5) Extrudeuse suivant la revendication 2 ou 4, caractérisée en ce que la vis (46) de bourrage ayant un mouvement de rotation relatif est entraînée par l'intermédiaire d'un engrenage (48, 49, 51) à satellites en liaison avec l'arbre (211) central de la vis. 6) Extrudeuse suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que la zone d'extrémité de l'arbre (11) de la vis de l'étage (6) vertical est entourée par une douille (29) cylindrique pouvant tourner et celle- ci présente une ouverture (51) de passage pouvant être mise de manière réglable en coïncidence avec le passage des étages. 7) Extrudeuse suivant la revendication 6, carac- térisée en ce que l'ouverture (31) de passage de la douille (29) cylindrique peut être mise en coïncidence avec une sortie-(33) secondaire menant à l'air libre et ménagée dans le premier étage (6). 8) Extrudeuse suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que le tronçon (522) denté vers l'exté- rieur de la broche principale de l'arbre (511) verti- cal de la vis est en retrait par rapport au début du tronçon (522, 523) de plastification de type à satelli- tes.