Brevet FR2490550A1 — publié le 19820326

L'invention concerne un procédé pour la régulation de mélanges à base de caoutchouc dans un mélangeur interne, comportant deux palettes disposées sur des axes paral- lèles dans une chambre de mélange, entraînées en sens contraire avec vitesse de rotation variable et pourvues d'ailettes de transport et de mélange, mélangeur muni d'un piston de pression en vue d'obturer la chambre de mélange, la température de l'opération de mélange étant réglée, Des mélangeurs internes de ce genre sont connus d'après le brevet DE-28 36 940. D'après le brevet US 3 447 201, il est connu de maintenir constante la température de mélange et/ ou le couple de rotation du moteur sur un mélangeur interne, en procédant bien à une détection des deux grandeurs, mais en transposant en une variation de la vitesse de rotation de l'entrainement la somme des écarts par rapport à une valeur prédéterminée, les deux grandeurs étant simultanément accrues ou abaissées de façon correspondante. Ce procédé connu présente l'inconvénient de ne pas permettre de réduire au minimum les deux écarts individuels en eux-mêmes. D'après le brevet DE- 20 58 975, il est connu de réaliser une commande de la puissance électrique du moteur par rapport à des variations de la pression du piston. Cette commande ne permet cependant pas d'obtenir une constance de qualité d'une charge à l'autre, et au contraire la puissance admissible est adaptée à ces cycles partiels de. l'opération de mélange pour une adjonction de noir de carbone ou d'huile. Dtaprès la revue "Kautschuk und Gummi-Kunststoffe" 1971, no 3, pages 119 à 127, il est connu d'effectuer au moyen de calculatrices une commande, en fonction de données de comportement cinétique de la réaction, qui se calculent à partir de l'allure de variation de la température. Le calcul a alors pour base une allure de variation de la tempé- rature, par rapport au temps, qui est déterminée en fonction d'un essai de base. L'inconvénient de ce procédé consiste en ce qu'il ne convient que pour le contrôle de réactions chimiques. D'après la revue "Gummi Asbest Kunststoffe" 7/78 (31), pages 512 - 515, il est connu d'effectuer une commande seulement en fonction de l'énergie spécifique. Cette commande présente l'inconvénient que, par le maintien de la constance de cette grandeur unique seulement, il se produit des écarts amplifiés d'autres paramètres du procédé. Des grandeurs perturbatrices lors d'une opération de mélange sont des variations de la température de la machine, de la température de l'eau de refroidissement, de la température d'adjonction de matière, de la pression du piston, de la vitesse de rotation ou du niveau de remplissage. Ces grandeurs perturbatrices ont une influence très importante sur des grandeurs concernant le procédé et la qualité, c'est-à- dire la température d'éjection (mélange soigneux), la dispersion de la matière de remplissage (examen de résistance à la traction) la viscosité (examen au cisaillement), l'élasticité (aptitude à l'usinage), l'homogénéité (produits de mélanges), la durée (rentabilité) et le degré de réaction (décomposition de chaines chimiques, sûreté de réticulation). L'invention a pour but de réaliser un procédé - du type mentionné-tel que les influences,amoindrissant la qualité, de grandeurs perturbatrices, se trouvent réduites à un minimum. Ltinvention concerne à cet effet un procédé caractérisé en ce que l'on réalise une commande du déroulement du mélange suivant des repères de valeur d'énergie et une régulation superposée, d'après des valeurs prescrites et effectives de la température de mélange par rapport à l'énergie spécifique amenée au mélange, en utilisant comme grandeur de réglage pour la température la vitesse de rotation des palettes et/ou la pression du piston. Il s'est avéré, de façon surprenante, que grâce à une combinaison d'une commande suivant des repères de valeur d'énergie et d'une régulation en correspondance de la température superposée à cette commande, o la température de mélange est prédéterminée en tant qutallure de variation de chaleur prescrite en fonction de l'énergie spécifique amenée au mélange, on arrive à pouvoir maintenir constante d'une charge à l'autre les plus importants paramètres déterminant la qualité, notamment l'énergie spécifique introduite et la température chaque fois en cours de déroulement d'une opération de mélange. On élimine ainsi dans une très large mesure les différences qui autrement se produisent constamment dans les qualités des-mélanges dans les premières charges lors du démarrage avec machine froide et lors de la marche ultérieure, entre le fonctionnement en été et le fonctionnement en hiver, ainsi qu'en raison des diverses grandeurs perturbatrices mentionnées. La réalisation d'un tel processus combiné de commande et de régulation peut s'effectuer au moyen de micro-calculatrices o peuvent être enregistrés de toute manière voulue, en principe connue, les repères de valeur de commande d'une part et la variation de la valeur prescrite de la température par rapport à l'énergie spécifique introduite. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un mélangeur interne, - la figure 2 est une vue en coupe horizontale, suivant la ligne Il-II de la figure 1, du mélangeur interne, - la figure 3 montre un schéma de commande et régulation prévues pour le mélangeur interne, - la figure 4 est un diagramme compara- tif pour la température de mélange par rapport à l'énergie spécifique introduite. Le mélangeur interne, connu en soi, représenté sur les figures 1 et 2, convenant pour une régulation conforme à l'invention, comporte un carter 1, reposant sur un support de machine 3. Dans le carter 1 est prévue une chambre de mélange 4, dont la paroi 5, 6 présente la forme de deux cylindres disposés suivant des axes parallèles et horizontalement; ces deux cylindres sont au contact l'un de l'autre ou bien se pénètrent légèrement. Des canaux de refroidissement 7 sont prévus dans le carter 1 à proximité de la paroi 5, 6 de la chambrede mélange 4. Cette chambre 4 peut recevoir du matériau de mélange, par le haut et sous pression, au moyen d'un piston 8, qui est commandé au moyen d'un cylindre de vérin hydraulique 9, par l'intermédiaire d'une tige de piston 9'. Lorsque le piston est relevé, le matériau de mélange - par exemple du caoutchouc 4 2490550 brut - est introduit par un clapet-d'entrée 10 pivoté à cet effet dans une position d'ouverture, représentée en traits- points. Par une autre ouverture de remplissage 11 on peut ajouter des composants (en forme de poudre) à mélanger au matériau de base, ainsi notamment des additifs supplémentaires. Dans la chambre de mélange 4 on a prévu, concentriquement à chacune des parois 5, 6, des arbres 12, 13 disposés de manière à avoir leurs axes 14, 15 qui s'étendent horizontalement et parallèlement l'un à l'autre. Ils coïncident avec les deux axes mentionnés des cylindres formant les parois 5 et 6. Sur les arbres 12, 13 sont montées - comme seulement indiqué sur la figure 1 - des palettes de malaxage, dont la figure 2 montre une forme de réalisation possible. L'appui inférieur de la chambre de mélange 4 est agencé en appui formant clapet 18, pouvant bas- culer vers le bas autour d'un axe 16 suivant la flèche 17; cet appuiclapet 18 est maintenu dans la position de fonctionnement obtenue après pivotement vers le haut, au moyen d'un dispositif de verrouillage 19 à commande hydraulique. L'ouverture infé- rieure 20, obturée pendant le fonctionnement.par l'appui-clapet 18 comme le représente la figure 1, sert à vidanger la chambre 4 après le processus de mélange et de malaxage. Les arbres 12, 13 sont entra nés en sens contraire suivant les flèches 21, 22 indiquant les oens de rotation. A cet effet les arbres 12, 13 sont montés à rotation chacun dans un palier 23 ou 24; ces paliers 23, 24 sont disposés sur les faces frontales 25, 26 formant frontalement la chambre de mélange 4. Une palette de mélange et de malaxage 27 - ou-27' - est reliée à chacun des arbres 12, 13. Cette palette compate un noyau cylindrique 28, 28' sur lequel sont montées deux ailettes principales de transport et de mélange 29, 30 et 29', 30' respectivement. Les ailettes 29, 30 d'une part sur le noyau de palette 28 etles ailettes 29', 30' d'autre part sur l'autre noyau de palette 28' sont disposées de telle manière que chaque fois les ailettes 29 et 29', ou 30 et 30', consti- tuent une paire, en tournant tangentiellement l'une à l'autre. Elles peuvent cependant aussi être agencées pour s'engrener de manière connue. 2490550 Le mélangeur interne représenté et décrit jusqu'ici est connu par exemple d'après le DE- 28 36 940, de sorte que l'on peut s'abstenir d'en décrire d'autres détails. Une roue dentée 31-ou 32- est montée sur chacun des arbres 12, 13 solidairement en rotation; ces roues engrènent l'une avec l'autre. Ltentrainement s'effectue au moyen d'un moteur électrique 33 par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission 34 réglable de façon progressive. Lorsque le diamètre de cercle primitif des deux roues dentées 31, 32 est le même, les-palettes de mélange et malaxage 27, 27' sont entraînées à la même vitesse de rotation. Lorsque -comme dans le présent exemple de réalisation - les palettes de mélange et malaxage 27, 27' sont agencées de façon tangentielle, il peut y avoir avantage à les entraîner avec des vitesses périphériques différentes - c'est-à-dire pour un même diamètre extérieur avec des vitesses de rotation différentes - afin d'obtenir un mélange transversal amélioré dans la chambre 4. Dans la chambre de mélange 4, c'est-à-dire dans sa paroi 5, 6, on a monté un palpeur de tempé- rature 35 (figure 1) au moyen duquel on mesure la température dela charge qui est placée et traitée dans la chambre de mélange. Ainsi qu'il ressort du schéma de commande selon la figure 3,il se présente une série de grandeurs perturbatrices agissant pendant une opération de mélange qui s'effectue par charges; ces grandeurs perturbatrices exercent leur influence sur des grandeurs inhérentes au procédé, déter- minantes pour la qualité, à savoir notamment l'introduction d'énergie spécifique et la température de la masse. Pour ces grandeurs perturbatrices il s'agit par exemple de variations de température de la machine, de la température de l'eau de refroidissement, de la température d'adjonction des charges, de la pression du piston, de la vitesse de rotation ou du niveau de remplissage. On mesure chaque fois la température de la charge au moyen du palpeur de température 35 et l'on détermine à partir de là le cours de variation dans le temps de la température de mélange T. Parallèlement l'on détecte constamment dans un intégrateur la puissance d'entrainement du moteur électrique 33 et l'on détermine à partir de là le cours de variation dans le temps de l'amenée d'énergie spécifique s. La puissance d'entrainement du moteur 33 peut servir de mesure pour l'énergie amenée à la charge, étant donné que les pertes au-dehors du mélangeur peuvent se détecter avec exactitude comme on le sait ou de manière usuelle, A partir de l'intégrateur on déduit alors de façon continue la puissance d'entrainement intégrée - donc l'énergie spécifique amenée à la charge - et on l'utilise pour commander le déroulement du mélange d2après l'énergie spécifique amenée à la charge. Il s'ensuit ainsi une commande suivant des repères de valeur d'énergie; lorsqu'on atteint alors un premier repère de valeur d'énergie c'ést-à-dire lorsqu'on atteint une énergie spécifique introduite déterminée (énergie par kilogramme de masse) - on ajoute alors comme charge une matière supplémentaire, par exemple du noir de carbone dans le cas de buna (caoutchouc); lorsqu'on atteint un second repère de valeur d'énergie on desserre alors le piston 8, et lorsqu'on atteint un troisième repère de valeur d'énergie l'on ouvre l'appui-clapet 18 et l'on éjecte la charge. En combinaison avec cela, on déduit, de la variation dans le temps de l'introduction d'énergie spécifique et de la variation dans le temps de la température de mélange, une régulation de la température de mélange par rapport à l'allure de variation de l'énergie. On utilise à cet effet comme grandeur de réglage soit la vitesse de rotation, soit la pression du piston. La régulation s'opère alors par rapport à une comparaison de valeur prescrite et de valeur effective; il s'agit là, comme valeur effective, du cours de la variation déjà mentionné de la température i mélange T par rapport à l'amenée d'énergie spécifique s, tandis que la valeur prescrite est déterminée de toute façon voulue par ce qu'on appelle une charge de base. Lorsque se présente une différence entre valeur prescrite et valeur effective, ou bien l'on rajuste alors la vitesse de rotation comme grandeur de réglage, ou bien l'on rajuste la pression du piston comme variante de grandeur de réglage. Il convient là de partir du fait que lors d'un acrois- sement de la vitesse de rotation - eu de la pression du piston- la température du matériau de mélange s'élève plus fortement que l'énergie spécifique, tandis que lors d'une décroissance de la vitesse de rotation ou de la pression du piston - la température du matériau de mélange s'abaisse plus fortement que l'énergie spécifique. Grâce à cette combinaison de la commande du déroulement du mélange par rapport à l'énergie spécifique et de lazégulation de la température du matériau de mélange en fonction de la variation de l'énergie, on obtient une constance approximative, d'une charge à l'autre, de ces deux paramètres de qualité essentiels. Pour la commande et la régulation on peut mettre en oeuvre une microcalculatrice, o l'on introduit, de l'une des nombreuses manières connues, d'une part les repères de valeur d'énergie et le cours de variation de la valeur prescrite de la température par rapport à l'amenée d'énergie spécifique. Des essais ont montré que ce type de mise en oeuvre de commande et régulation combinées a permis d'améliorer considérablement la constance des paramètres déter- minants pour la qualité. L'écart des déviations des paramètres déterminant la qualité est plus faible lorsqu'on agit sur les grandeurs perturbatrices que si l'on effectuait seulement une commande suivant des repèresde valeur d'énergie d'une part ou bien seulement un réglage de température d'autre part. La combinaison de la commande et de la régulation conduit bien à supporter d'importantes variations de temps du mélange, mais ce n'est pas déterminant pour la quAité. Ce qui est déterminant pour la qualité, c'est l'amenée d'énergie spécifique, étant donné qu'elle est en corrélation directe avec la qualité de dispersion de la matièreci remplis- sage et avec la viscosité qui se présente au cours du traitement. Les deux déterminent à leur tour les valeurs d'examen usuelles (viscosité Mooney, résistance à la traction, module). Ce qui est'aussi déterminant pour la qualité, c'est tout le cours de la variation de la température par rapport à l'amenée d'énergie spécifique, étant donné qu'il détermine la décomposition de chaines chimiques, la viscosikté limite en vue de la pénétration dtadoucisseurs, le degré de vulcanisation commençante avec des substances chimiques de réticulation et la détérioration de matière par excès d'éléva- tion de température. Sur la figure 4 on a reporté chaque fois la température de mélange par rapport à l'énergie spécifique introduite pour différents modes opératoires; l'influence d'une température d'adjonction de la charge relativement élevée, par exemple en été, se présente alors comme grandeur perturba- trice. Une courbe B - représentée en trait plein - reproduit un essai de base, qui est donné à l'avance comme valeur prescrite. Cet essai de base a été réalisé avec une température de départ T, par exemple-en hiver. En cours de fonctionnement les charges sont alors ajoutées avec une température plus élevée T1, par exemple en été. Dans le cas d'une simple commande dans le temps telle qu'elle est représentée en tireté sur la figure 4, la température reste constamment au-dessus de la courbe de- base B. La température effective est ainsi constamment supérieure à celle qui correspond au cours de variation de la valeur prescrite et l'amenée d'énergie spécifique est inférieure en raison de la viscosité relativement plus basse. Dans le cas d'une simple commande de l'amenée d'énergie telle qu'elle est repréentée en pointillé sur la figure 4, la constance de l'énergie est maintenue, la température s'écarte toutefois encore davantage de la variation de la valeur prescrite qu'en cas de commande dans le temps. Par contre la combinaison conforme à l'invention de commande d'énergie avec régulation de correspondance de la température, par exemple en influant sur la vitesse de rotation, conduit à l'allure de variation représentée en traits mixtes, o la température de mélange se rapproche très vite fortement, et ensuite pratiquement exactement, de la valeur prescrite B. L'allure de variation de la température de mélange par rapport à l'énergie spécifique introduite, selon la figure 4, montre aussi la commande suivant des repères de valeur d'énergie; lorsqubinsi au premier maximum de la courbe de base au point R1 on ajoute une matière supplémentaire, par exemple du noir de carbone et lorsqu'au second maximum R2 s'opère par exemple un desserrage du piston. A l'extrémité R on ooel3 on ouvre alors par exemple l'appui formant clapet 18. REVENDICATION Procédé pour la régulation de mélanges à base de caoutchouc dans un mélangeur interne, comportant deux palettes disposées sur des axes parallèles dans une chambre de mélange, entraînée en sens contraire avec vitesse de rotation variable et pourvues d'ailettes de transport et de mélange, mélangeur muni d'un piston de pression en vue d'obturer la chambre de mélange, la température de l'opération de mélange étant réglée, procédé caractérisé en ce que l'on réalise une commande du déroulement du mélange suivant des repères de valeur d'énergie et une régulation superposée, d'après des valeurs prescrites et effectives de la température de mélange par rapport à l'énergie spécifique amenée au mélange, en utilisant comme grandeur de réglage pour la température la vitesse de rotation des palettes et/ou la pression du piston.