Brevet FR2483843A1 — publié le 19811211

INSTALLATION PERFECTIONNEE POUR L'EXTRUSION DE STIEES PLaS- TIQUES. La présente invention a trait à une installation perfectionnée permettant d'extruder des matières plastiques par exemple selon la technique connue sous l'expression 'extrusion- soufflage" Elle a trait plus particulièrement à un perfectionnement apporté aux moyens permettant de faire varier le débit ou vitesse d'extrusion des extrudeuses à vis utilisées dans de telles installations Les extrudeuses utilisées pour réaliser à partir d'un polymère fondu des objets en forme, tels que par exemple des profilés ou, lorsqu'elles sont associées à un système de soufflage des éléments creux tels que des bouteilles, récipients. comportent comme élément essentiel une vis sans fin disposée dans une enceinte chauffante et qui, en fonction de sa vitesse de rotation, permet de doser exactement la quantité de matière extrudée pendant un temps détermine. L'un des problèmes qui se pose avec un tel matériel est celui de l'entraînement en rotation de cette vis. L'une des solutions utilisée couramment à ce jour, consiste à entraîner la vis à l'aide d'un moteur électrique à vitesse variable relié à la vis par l'intermédiaire d'un réducteur. Dans cette solution, on prévoit souvent une boîte de vitesse mécanique. Une telle solution présente comme inconvénient majeur de manquer de souplesse et rend difficile le contrôle du couple résistant. Une autre solution plus récente consiste à commander l'en- traînement de la vis d'extrusion à l'aide d'un moteur hydraulique à vitesse lente commandé par une pompe à débit variable elle-même entraînée par un moteur électrique triphasé asynchrone. Cette solution présente comme inconvénient majeur d'être bruyante ce qui implique d'avoir recours à l'utilisation de capotage d'insonorisation qui ne donne pas entière satisfaction. La solution qui pourrait être envisagée pour résoudre ce problème du bruit et conserver l'entraînement de lavis d'ex#sicn par un moteur hydraulique lent commandant directement ladite vis consisterait à faire commander ce moteur par l'intermédiaite d'une pompe à débit fixe qui présente l'avantage d'être moins bruyante et de pouvoir être noyée dans le réservoir de fluide servant à son alimentation, ladite pompe étant ellemême commandée par un moteur électrique de type connu ayant un faible niveau sonore. Cependant avec une telle réalisation se pose le problème du démarrage de l'extrudeuse, période dans laquelle il est nécessaire de pouvoir disposer d'une montée en vitesse progressive et d'un très fort couple à la vis. On pourrait envisager d'utiliser des pompes à débit multiple telles que celles commercialisées par la Société POCLAIN notamment sous ces références "pompes série PS ou série PL". Cependant, la variation de débit que l'on pourrait obtenir avec de telles pompes se ferait par paliers successifs, ce qui entralnerait des à coups dans la rotation de la vis d'extrusion et manquerait de progressivité. Or, on a trouve, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention un perfectionnement aux moyens d'entraînement des vis d xtrudeuse qui surmonte les inconvénients des solutions antés#r-res et qui, notamment, permet de réduire fortement le. niveau sonore de telles installations tout en étant d'une conceptioh"plus simple et d'une plus grande fiabilité. D'une manière générale, l'invention concerne donc un per fectionnement apporté aux extrudeuses, utilisées par exemple dans le domaine de l'extrusion-soufflage, extrudeuses du type constituées essentiellement d'un corps chauffant relié à une source d'alimentation en matière à traiter, ledit corps renfermant un ensemble d'extrusion constitué essentiellement d'une vis sans fin servant à alimenter les moyens de mise en forme de ladite matière, 11 entraînement en rotation de la vis d'extrusion étant obtenu par l'intermédiaire d'un moteur hydraulique lent monté en bout de vis, ledit moteur étant alimenté en fluide sous pression par l'intermédiaire d'une pompe commandée par un moteur électrique et elle se caractérise par le fait - que le moteur électrique commandant la pompe est un moteur de type silencieux, que la pompe alimentant le moteur à vitesse lente entrai- nant la vis est du type à débit multiple constant et est avantageusement noyé dans son fluide d'alimentation, - ladite pompe étant associée à des moyens permettant de faire varier son débit de manière régulière et progressive entre chacun des paliers de débit qu'elle permet d'obtenir. Un tel mode de réalisation permet, non seulement, d'obtenir un niveau sonore faible mais également d'avoir un débit progressif, variant pratiquement de manière linéaire entre chacun des paliers de vitesse que permet chaque débit de la pompe. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le moteur d'entraînement de la pompe est un moteur électrique triphasé asynchrone, tournant à vitesse constante, moteur qui présente l'avantage d'être silencieux, et les moyens permettant de faire varier de manière régulière et progressive le débit de sortie de la pompe multi-débits alimentant le moteur hydraulique lent commandant la vis d'extrusion sont constitués par - un conduit principal de circuit hydraulique reliant le premier élément de la pompe multi-débits à l'entrée du moteur hydraulique lent entraînant la vis d'extrusion, - des conduits secondaires de circuit hydraulique montés en parallèle entre chacun des autres éléments de la pompe et un conduit de jonction avec le conduit principal, des clapets de non retour et des électro-vannes de mise à vide du débit étant de préférence prévus sur ces conduits secondaires, - un régulateur de débit disposé sur un circuit indépendant reliant le conduit principal en amont du moteur hydraulique lent au conduit de retour en fluide en aval dudit moteur hydraulique lent. Dans un second mode de mise en oeuvre de l'invention, la pompe multi-débits est actionnée au moyen d'un moteur à courant continu à vitesse variable comportant une ventilation indépendante et un variateur électronique de puissance et les moyens permettant de faire varier de manière régulière et progressive le débit de sortie de la pompe multi-débits sont constitués par - un conduit principal de circuit hydraulique reliant le premier élément de la pompe multi-débits à l'entrée du moteur hydraulique lent entraînant la vis, - des conduits secondaires de circuit hydraulique montés en parallèle entre chacun des autres éléments de la pompe multi-débits et un conduit de jonction avec le conduit principal, un clapet de non retour en fluide et une électro-vanne de mise à vide étant prévue sur ce conduit de jonction. Bien entendu, dans ces deux modes de réalisation, les circuits hydrauliques peuvent être associées à tous moyens conventionnels utilisables dans de tels ensembles tels que parexemple des moyens de sécurité (soupape), des filtres, des échangeurs thermiques... L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés dans les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 illustre schématiquement en vue de côté une installation d'extrusion réalisée conformément à l'invention, - les figures 2 et 3 illustrent schématiquement deux modes de réalisation conformes à l'invention permettant de faire varier de manière régulière et progressive le débit de sortie du fluide de la pompe multi-débits utilisée pour entraîner en rotation la vis d'extrusion, - les figures 4 et 5 sont respectivement des courbes montrant la manière dont s'effectue cette variation de débit pour respectivement chacun des modes de réalisation illustrés par les figures 2 et 3. Si l'on se reporte à la figure 1, l'installation d'extrusion de matière plastique conforme à l'invention est du type comportant essentiellement un corps chauffant 1 horizontal relié à une source 2 (trémie) d'alimentation de matière, ledit corps 1 renfermant un ensemble d'extrusion constitué essentiellement d'une vis sans fin servant à alimenter des moyens de mise en forme de la matière extrudée. Par mesure de simplification, ces moyens conventionnels n'ont pas été représentés. L'entraînement en rotation de la vis d'extrusion est obtenu par l'intermédiaire d'un moteur hydraulique 3 monté directement en bout de la vis sans fin. Ce moteur 3 est alimenté en fluide sous pression par l'intermédiaire d'une pompe 4 commandé par un moteur électrique 5. Conformément à l'invention, le moteur électrique 5 commandant la pompe 4 est un moteur silencieux de tout type connu par exemple un moteur E.E de la S.C.E.M ou similaire Par ailleurs, la pompe 4 est noyée dans son fluide dgali- mentation 6 à l'intérieur d'un réservoir 7 à double paroi Cette pompe 4 est associée à des moyens 8 permettant de faire varier de manière régulière et progressive son débit entre chacun des paliers de débit qu'elle permet d'obtenir. Comme pompe multi-débits permettant la mise en oeuvre de l'invention, on utilisera tout type de pompe connu par exemple des pompes commercialisées par la Société POCLAIN sous les ré- férences série PL" ou plus avantageusement sous les références "série PS", ce dernier type de pompe étant adapté pour permettre d'obtenir plusieurs paliers de débit en fluide constant. Le moteur 5 permettant de commander la pompe 4 peut être, ainsi que cela sera vu plus en détail dans les exemples de rea- lisation donnés dans la suite de la description, aussi. bien un moteur triphasé asynchrone à vitesse constante qu'un moteur à courant continu à vitesse variable et à ventilation indépen- dante, la variation de vitesse d'entraînement du moteur 3 commandant la vis d'extrusion étant obtenue, conformément à l'in- vention, grâce à la structure particulière des circuits hydrauliques 8 reliant la pompe 4 audit moteur 3. Dans le premier exemple de réalisation illustre par la figure 2, exemple qui illustre le cas où la pompe multi-débits 4 est commandée par un moteur silencieux asynchrone 5, lén- traînement en rotation du moteur 3 est obtenu de la manière suivante. Le premier élément 9 de la pompe multi-débits 4 est relié à l'entrée du moteur hydraulique lent 3 par l'intermédiaire d'un conduit principal de circuit hydraulique 10. Par ailleurs, chacun des autres éléments 11, 12, 13 de la pompe 4 alimente des conduits secondaires de circuit hydraulique 14, 15, 16, montés en parallèle et reliés au conduit. prin- cipal 10 par un conduit de jonction 17. Sur ces conduits secondaires 14, 15, 16, sont prévus, d'une part, des clapets 18, 19, 20 de non retour et, d'autre part, des électro-vannes 21, 22, 23 de. mise à vide des débits non utilisés. Par ailleurs, un régulateur de débit 24 est disposé sur un circuit 25 reliant le conduit principal 10 au conduit de sortie 26 du moteur 3, un tel régulateur de débit, à commande proportionnelle électronique, permet de dévier une partie du fluide envoyé par la pompe multi-débits. Par ailleurs, une telle installation comporte également avantageusement une soupape 27 haute pression assurant le con trolle et la sécurité en fonction du couple résistant au moteur hydraulique. Un échangeur thermique 28 et un filtre 29 peuvent également être prévus. Le fonctionnement d'une#telle installation, fonctionnement qui est illustré par le graphique représenté à la figure 4 est le suivant. Chacun des éléments 9, 11, 12, 13 de la pompe multi-débits 4 permet d'assurer par lui-même un débit exprimé en litres par minute constant illustré par les lignes en traits pleins sur la figure 4. Avec une pompe à quatre éléments, il est donc possible d'obtenir quatre débits constants permettant d'avoir une vitesse de rotation du moteur 3 determinee. Conformément à l'invention, afin d'obtenir une montée en vitesse progressive, montée représentée par la ligne en pointillés de la figure 4, on procède de la manière suivante. Dans un premier temps, seul le premier élément de pompe 9 alimente le moteur hydraulique 3 par l'intermédiaire du conduit principal de circuit hydraulique 10. Pour cela, les conduits secondaires 14, 15, 16 permettent, grâce aux électro-vannes de mise à vide 21, 22, 23 de courcircuiter le fluide envoyé par les éléments de pompe 11, 12, 13.Pour obtenir une montée progressive de la vitesse du point O au point A grâce à l'élément de pompe 9, on utilise le régulateur de débit 4 qui dévie une partie du fluide émis par 1 liment de pompe 9. Ce régulateur de débit 24 est fermé progressivement de telle sorte que la quantité de fluide envoyée à l'intérieur du moteur 3 augmente également progressivement et par suite permet l'entraînement de manière progressive et régu lière dudit moteur 3. En conséquence, cela permet d'utiliser la majorité de la puissance motrice en pression donc en couple sur la vis d'extrusion.Lorsque l'on désire augmenter la vitesse de rotation du moteur 3, il suffit donc de fermer les unes après les autres les électro-vannes de mise à vide 21, 22, 23 et, en jouant simultanément sur la fermeture ou l'ouverture du régulateur de débit 24, on obtient une montée en vitesse progressive de A à B puis de B à C et enfin de C à D. Bienentendu, il est possible, si on le désire, de maintenir la vitesse constante a n'importe lequel de ces points A et C ou D voire même l'un des points intermédiaires. Les figures 3 et 5 illustrent un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Dans ce mode de mise en oeuvre, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes organes que dans l'exemple précédent. Dans ce mode de réalisation, le moteur 5 est un moteur à courant continu à vitesse variable et à ventilation indépen- dante associée à un variateur électronique de puissance. Ce moteur commande la pompe multi-débits 4. Pour obtenir une variation de vitesse du moteur 3 d'entraînement de la vis d'ex- trusion, le circuit hydraulique reliant ledit moteur 3 à la pompe 4 est réalisé de la manière suivante. Tout d'abord, le premier élément de pompe 9 est relié au moteur 3 par l'intermédiaire d'un conduit principal de circuit hydraulique 10. La liaison des éléments de pompe 11, 12, 13 avec le conduit principal 10 est obtenu par un conduit de jonction unique 17 reliant les sorties 14, 15, 16 des éléments 11, 12, 13. Sur ce conduit de jonction sont prévus, d'une part un clapet 30 de non retour et, d'autre part une électro-vanne 31 de mise à vide. Cette électro-vanne de mise à vide permet d'utiliser au démarrage toute la puissance motrice en pression afin d'obtenir un couple maximum. Comme dans l'exemple précédent, un régulateur thermique 28, une soupape de sécurité 27 et un filtre 29 sont également prévus. Le fonctionnement d'une telle installation est le suivant. Lors du démarrage, seul l'élément 9 de la pompe 4 alimente le conduit principal 10, ce qui permet d'avoir au démarrage une pression maximum donc un très fort couple utilisant toute la puissance installée. La montée en vitesse sera assurée par llaug- mentation de la vitesse du moteur électrique 5. Après la phase de démarrage, c' est-à-dire lorsque le couple maximum ne sera plus nécessaire, l'électrovanne 31 permettra d'ajouter les débits 11, *12, 13 au débit 9 pour assurer la rotation du moteur 3. Le réglage en vitesse sera alors ajusté par la variation de vitesse du moteur électrique 5. Par rapport aux installations antérieures permettant l'extrusion de matières plastiques et notamment à celle permettant de travailler selon la technique connue sous l'expression "d'extrusion soufflage", l'invention permet de diminuer de manière très appréciable le bruit émis. Par ailleurs, comme une telle installation fait appel à des composants simples, elle présente une fiabilité accrue et un meilleur rendement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. REVENDICATIONS 1/ Perfectionnement apporté aux extrudeuses, utilisées par exemple dans le domaine de l'extrusion soufflage, extrudeuses du type constituées essentiellement d'un corps chauf rant relié à une source d'alimentation (2) en matière à traiter, ledit corps (la renfermant un ensemble d'extrusion cons- titué essentiellement d'une vis sans fin servant à alimenter des moyens de mise en forez de la matière extrudée, l'entrai- nement en rotation de la vis d'extrusion étant obtenu par l'intermédiaire d'un moteur (3) a commande hydraulique monté directement en bout de la vis sans fin, ce moteur (3) étant alimenté en fluide sous pression par l'intermédiaire d'une pompe (4) -commandée par un moteur électrique (5) caractérisé par le fait : - que le moteur électrique (5) commandant la pompe (4) est un moteur silencieux de type connu, que la pompe (4) alimentant le moteur à vitesse junte (3) entraînant la vis d'extrusion est du type à débit multiple constant et est avantageusement noyée dans son fluide dia limentation (6), - que ladite pompe (4) est associée à des moyens (8) permettant de faire varier de manière progressive son débit entre chacun des paliers de débit qu'elle permet d'obtenir. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur d'entraînement de la pompe multi-débits (4) est un moteur électrique triphasé asynchrone (5), des moyens permettant de faire varier de manière régulière et progressive le débit de sortie de la pompe multi-débits (4) alimentant le moteur hydraulique lent (3) commandant la vis d'ex- trusion étant constitués par - un conduit principal de circuit hydraulique (10) reliant le premier élément (9) de la pompe multi-débits (4) à l'entrée du moteur hydraulique lent (3) entraînant la vis d'extrusion, - des conduits secondaires de circuit hydraulique (14), (15), (16), montés en parallèle entre chacun des autres élé- ments de la pompe (4) et un conduit de jonction (17) avec le conduit principal (10), des clapets (18), (19), (20) de nonretour et des électro-vannes (21), (22), (23) de mise à vide du débit étant de préférence prévus sur ces conduits secondaires - un régulateur de débit (24) étant disposé sur un circuit (25) indépendant reliant le conduit principal (10) en amont du moteur hydraulique lent (3) au conduit de sortie (26) de retour en fluide en aval dudit moteur hydraulique lent (3), ce régulateur (24),' commande proportionnelle électronique permettant de dévier une partie du fluide envoyé à la pompe multi-débits (4). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur (5) est un moteur à courant continu à vitesse variable et à ventilation indépendante associé à un variateur électronique de puissance, ce moteur commandant la pompe multi-débits (4) et la variation de vitesse du moteur (3) de la vis d'extrusion étant obtenue - en reliant le premier élément de pompe (9) au moteur (3) par l'intermédiaire d'un conduit principal de circuit hydraulique (10), - la liaison des éléments de pompe (11), (12), (13) avec le conduit principal (10) étant obtenue par un conduit de jonction unique (17) reliant les sorties (14), (15), (16) des éléments (11), (12), (13),un clapet (30) de non retour et une électro-vanne (31) de mise à vide étant prévue sur ce conduit de jonction (17). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, ca ractérisé par le fait qu'il comporte un échangeur thermique (28), une soupape de sécurité (27) et un filtre (29).