Brevet FR2515102A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne un dispositif de barrage contre écoulement en retour pour un extrudeur à vis sans fin, ayant une vis sans fin rotative et conduisant axialement dans un cylindre, par rotation de laquelle est réalisable une plastification de la matière introduite et, par son avancement axial, une opération de coulée par in- jection de la matière première plastifiée Sur la tête de vis sans fin, est prévu un anneau de fermeture appliqué à étanchéité contre la paroi intérieure du cylindre, et guidé à coulissement axial, lequel, lors du processus de plastification, peut s'appliquer, par des appendices saillant axialement prévus sur sa face frontale en direction de - l'avancement, contre un épaulement de la tête de vis sans fin, et qui, lors de l'opération de coulée par injection, est amené à s'appliquer, avec une surface d'étanchéité prévue sur sa face frontale opposée à la direction d'avancement, contre une surface d'étanchéité complémentaire de la vis sans fin. Le but de barrage anti-retour de ce genre consiste à s'opposer, pendant l'opération de coulée par injection, à un écoulement de la matière première plastifiée, vers l'ar- rière par rapport à l'extrudeur à vis sans fin Cette pré- caution est rendue nécessaire par le fait que, dans un extru- deur à broche sans fin, du type mentionné plus haut, la ma- tière première plastifiée pendant la rotation de la broche est transportée, devant la tête de broche sans fin, dans une chambre d'approvisionnement située en avant de la tête et, aussitôt l'opération de coulée par injection a lieu, par avancement axial de la broche, par lequel la matière plas- tifiée qui se trouve en avant de la tête de broche est expulsée hors de l'extrudeur Etant donné que la pression qui règne dans la matière plastifiée agit vers tous les côtés, il se produit, au cours de l'opération de moulage par injection, une composante de pression avec entraînement vers l'arrière par laquelle est provoqué l'écoulement en arrière par rapport à l'extrudeur qu'on désire éviter Il est par conséquent nécessaire que, d'une part, le barrage 2 2515102 contre l'écoulement en retour libère le flux vers l'avant de la matière plastifiée vers la tête de broche et le long de la tête et que, d'autre part, au cours de l'opération de coulée par injection le barrage obstrue le passage vers l'arrière de la matière plastifiée. Dans un barrage connu du genre mentionné au début, l'épaulement contre lequel s'appuient les appendices sail- lants axialement de l'anneau de fermeture, est formé par une surface de butée de la tête de broche sans fin qui s'étend dans un plan radial de l'extrudeur, et sur laquelle s'appuient les surfaces frontales des appendices qui se trouvent également dans un plan radial Etant donné que cet appui a lieu sous la pression vers l'avant de la matière plastifiée par la vis sans fin et déplacée par celle-ci, l'anneau de fermeture est pressé avec une force considérable contre la tête de broche, cette force agissant, en raison de l'orientation radiale de la surface de butée de la tête de broche et de la surface frontale de l'anneau, perpendicu- lairement à ces surfaces Il en résulte, dans la mesure o l'anneau de fermeture n'est pas entraîné à tourner avec la vis sans fin lors de sa rotation, sans patinage à cause de la pression d'application, des forces de friction considé- rables entre la tête de broche filetée et l'anneau de fer- meture ayant pour effet une forte sollicitation mécanique et une usure de ces pièces. Si cependant l'anneau de fermeture accompagne la rotation de la broche filetée, les forces de friction indé- sirables apparaissent entre le pourtour intérieur du cy- lindre et le pourtour extérieur de l'anneau de fermeture, de sorte que l'étanchéité à cet endroit est détériorée par usure des surfaces Dans le barrage anti-retour connu, il est prévu, en conséquence, sur le pourtour extérieur de l'anneau de fermeture, deux bagues d'étanchéité espacées entre elles axialement, à la manière de bagues de piston de moteur, au moyen desquelles l'étanchéité doit être améliorée entre le pourtour extérieur de l'anneau de fer- meture et la paroi intérieure du cylindre Cependant, de cette manière, les sollicitations mécaniques élevées pro- duites particulièrement par le travail de traitement de duroplastes à viscosité supérieure à celle des thermoplas- tes, ne sont pas exclues. On connaît également des dispositifs de barrage anti-retour dans lesquels la tête de broche sans fin coni- que est pourvue, sur son pourtour d'évidements ou encoches dirigés axialement, par lesquels la tête de broche prend une forme analogue à une lance, contre laquelle un anneau de fermeture peut s'appuyer lors de l'opération de plasti- fication, de telle sorte que la matière plastifiée puisse passer à travers ces évidements Il est également connu de prévoir, sur la tête de broche conique, des bras saillants en forme d'étoile qui forment la butée antérieure d'un anneau de fermeture Ces barrages de courant de retour connus sont cependant destinés, dans tous les cas, au traitement de matières thermoplastiques Dans le cas de traitement de matières duroplastiques, et d'un durcissement imprévu de la matière, celle-ci formerait avec la tête de broche pour- vue de fentes et avec les bras en étoile un bloc par rapport à la paroi intérieure du cylindre, ce qui conduirait à une rupture de la tête de broche. Des incidents de ce genre se produisent lors d'inter- ruptiorsde marche telles que celles dues à des causes de tous genres, défaillance de l'outil, manque de matière, ou dans les installations automatiques lors d'arrêts de marche de longue durée D'ailleurs, en raison des valeurs de vis- cosité très élevées de certaines matières duroplastiques, il se produit, dans la zone du barrage anti-retour, des forces de frottement très grandes qui accroissent la sollicitation mécanique Il en résulte une très forte usure des surfaces d'appui de la tête de broche et de l'anneau de fermeture, qui nécessite, après un certain temps, un remplacement de ces pièces. La présente invention a pour but, en évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus, de réaliser un barrage anti-courant de retour de matière, qui ne soit soumis qu'à une faible usure, même lors du traitement de duroplastes. 4 2515102 Dans ce but, l'extrudeur de l'invention est carac- térisé en ce que les appendices saillants de l'anneau de fermeture présentent des surfaces de glissement inclinées en coupe axiale suivant un angle aigu par rapport à la direction d'avancement de la broche, et sur lesquelles s'appuient une surface de glissement complémentaire for- mée sur l'épaulement de la tête de broche. Avec la solution conforme à l'invention, les sur- faces de glissement formées sur les appendices sont pla- cées sur l'enveloppe d'un cône à angle aigu ouvert en direction de l'avancement et elles s'appuient sur la surface, également en forme de cône, de l'épaulement de la tête de broche Lors de l'opération de plastification, les matières premières plastifiées, thermoplastes ou duro- plastes, peuvent par conséquent passer à travers l'anneau de fermeture, ainsi qu'à travers les ouvertures de passage formées entre les appendices, et dépasser la tête de broche pour parvenir dans la chambre d'approvisionnement située en avant Au cours de la rotation correspondante de la vis sans fin, les surfaces de glissement de l'anneau de fer- meture et de la tête de broche glissent l'une sur l'autre avec un frottement extrêmement réduit, du fait que ces surfaces, en raison de leur inclinaison, ne sont pas char- gées par des forces verticales, mais par une composante partielle considérablement plus faible de la force de pression D'autre part, en raison de leur inclinaison, les surfaces de glissement présentent une extension axiale ac- crue, de sorte que la pression superficielle unitaire est abaissée La forme adoptée pour l'anneau de fermeture permet un nettoyage permanent du dispositif de barrage anti- retour de matière, grâce au balayage avec un granulat de nettoyage en matière thermoplastique, qui est nécessaire lors d'interruptions de marche, prévues ou imprévues, dans le cas de traitement de matières duroplastiques durcissables. Il est vrai que le granulat de matière thermoplastique non durcissable subit en réalité lui-même un durcissement, mais il peut facilement être ramené à l'état fluide par un réchauf- fage et expulsé alors hors de l'extrudeur. En vue d'obtenir une pression superficielle aussi réduite que possible entre les surfaces de glissement des appendices de l'anneau et la surface de glissement complé- mentaire, en forme d'enveloppe conique, de la tête de bro- che, il a été constaté comme avantageux de prévoir que la section transversale totale de traversée des ouvertures de passage formées entre les appendices présentant les surfaces de glissement est égale à la section transver- sale d'écoulement formée, dans le domaine antérieur de la vis sans fin tourné vers la tête de broche, entre le diamètre extérieur et le diamètre de noyau de la vis sans fin Cette mesure, qui a été déterminée par une série d'essais s'est révélée particulièrement favorable à un fonc- tionnement à faible usure et exempt d'incidents. Suivant une forme de réalisation de l'invention, il est prévu que les appendices saillants qui présentent les surfaces de glissement sont répartis régulièrement en direction du pourtour de la vis sans fin et leur nombre est au moins de deux On obtient ainsi avantageusement une répartition symétrique des forces de pression pro- duites autour du pourtour de l'anneau de fermeture Dans ces conditions, il est particulièrement avantageux, du point de vue construction, de prévoir un mode de consti- tution dans lequel le nombre d'appendices comportant les surfaces de glissement est égal à trois. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les appendices présentent, du côté du pied, une surépais- seur radiale par rapport à la paroi intérieure voisine de l'anneau de fermeture, et la surface de glissement s'étend, dans la direction axiale au-delà de l'extrémité libre de l'appendice et de la surépaisseur côté pied de l'appendice De cette manière, sont assurées des caracté- ristiques de solidité améliorées des appendices,et égale- ment, grâce à l'extension axiale plus grande, une sur- face de glissement accrue qui a pour conséquence une réduc- tion de la pression superficielle unitaire. Dans le cadre de l'invention, il est, en outre, prévu que la surface de glissement des appendices est constituée 6 2515102 comme une poche de lubrification dont l'ouverture, formée entre les directions tangentielles azimutales des sur- faces de glissement de l'appendice et la surface de glis- sement complémentaire de la tête de broche sans fin, enfermant un petit angle, est orientée en sens opposé à la direction de rotation de la broche Grâce à cette mesure, la matière plastifiée lors de la rotation de la broche peut pénétrer entre la surface de glissement en question de l'appendice et la surface de glissement com- plémentaire de la tête de broche En raison de cette réduction du frottement, est assurée une décharge hydrodynamique des surfaces de glissement. Enfin, suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est prévu que les portions du côté frontal de l'anneau de fermeture qui sont situées entre les appendices présentant les surfaces de glissement, sont constituées comme des éléments de surface parallèles à la surface de glissement en forme d'enveloppe conique de la tête de broche L'avantage de cette mesure réside en ce que la matière plastifiée qui est déplacée à travers l'espace compris entre ces portions de face frontale et la surface de glissement de la tête de broche n'est soumise qu'à une faible résistance à l'écoulement, grâce à cette constitution, de sorte que, la pression exercée par elle sur l'anneau de fermeture et ainsi la pression superficielle unitaire sur les surfaces de glissement est abaissée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description ci-après d'un exemple de réali- sation avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un appareil extrudeur à vis sans fin avec un dispositif de barrage contre un écoulement en retour, coupe faite le long de la ligne I-I de la figure 2, et la figure 2 est une vue en coupe radiale le long de la ligne Il-II de la figure 1. Comme le montre la figure 1, l'extrudeur à vis sans fin pour une machine de moulage par injection de matière synthétique comprend une broche à vis sans fin 2, montée dans un cylindre 1, de manière à pouvoir tourner et égale- ment se déplacer axialement à l'intérieur de celui-ci. La vis sans fin 2 est pourvue, dans le domaine d'extrémité voisin de sa face radiale frontale 3, d'un alésage axial 4, lequel est équipé, à une certaine distance de la face frontale 3, d'un filetage hélicoïdal 5 Le domaine de l'alésage axial 4 qui s'étend à partir du filetage héli- coidal 5 jusqu'à la face frontale 3, présente un diamètre légèrement agrandi par rapport à celui du filetage hé- licoidal 5. Une tête de broche à vis sans fin 8 est constituée, à son extrémité libre éloignée du filetage 2, en forme d'un cône 7 ouvert en direction de la partie filetée 2. Cette tête présente, à son extrémité tournée vers le file- tage 2, un axe fileté 9 qui est vissé dans le filetage hé- licoïdal 5, et une tige 10 qui s'y raccorde en direction de l'extrémité libre 6, et qui est adaptée en vue d'un centrage précis de la tête de broche 8 dans le domaine de l'alésage axial 4 voisin de la face frontale 3 Une bride 11 raccordée à la tige 10 sur sa face frontale tour- née vers son extrémité libre 6 forme un épaulement 12 saillant par rapport à la tige l O Sur cet épaulement 6, s'appuie une bague de pression 13, emmanchée sur la tige 10, et pourvue elle-même d'un épaulement complémentaire, et qui s'appuie de l'autre côté, avec sa face frontale 14 radialement opposée à l'épaulement 12, sur la face fron- tale 3 de la vis sans fin 2 Le pourtour cylindrique ex- térieur 15 de la bague de pression 13 est adapté au pour- tour extérieur 16 du noyau de la vis sans fin. Entre l'extrémité libre 6 de la tête de broche sans fin 8 et la bague de pression 13 est inséré, de manière à pouvoir coulisser axialement, un anneau de fermeture 17 qui s'applique, avec son pourtour extérieur 18, à joint étanche, sur le pourtour intérieur du cylindre 1 Sa face frontale 20 symétrique en rotation, tournée vers la bague de pression 13 est inclinée, suivant un angle obtus, par rapport à la direction d'avancement de la vis sans fin 2 dirigée vers l'extrémité libre 6 de la tête de broche 8, et est disposée en face de la surface frontale 21 de la bague de pression 13 symétrique en rotation et inclinée du même angle Lors d'un déplacement axial de la bague de pression 13 dans le sens opposé à la direction d'avancement, les deux surfaces frontales 20 et 21 s'appliquent l'une con- tre l'autre, de telle sorte que, en raison de leur adapta- tion précise, l'espace intérieur du cylindre 1 tourné vers la vis sans fin 2 est obturé de manière étanche. En outre, l'anneau de fermeture 17 est pourvu, sur sa face frontale tournée dans la direction de l'avancement, c'est-à-dire vers l'extrémité libre 6 de la tête de broche 8, d'appendices saillants axialement 22 qui sont répartis, suivant la figure 2, régulièrement sur le pourtour de l'an- neau de fermeture 17, et dont le nombre, dans l'exemple représenté dans la figure 2, est égal à trois La surface extérieure radiale 23 des appendices 22 est adaptée au pourtour extérieur cylindrique 18 de l'anneau de fermeture 17 Les faces intérieures radialement opposées des appendices 22 sont constituées comme des surfaces de glissement 24 qui, en coupe axiale, sont inclinées d'un angle aigu par rapport à la direction d'avancement de la vis sans fin 2 Les sur- faces de glissement 24 des appendices 22 qui, dans l'exemple représenté, sont au nombre de trois, sont ainsi disposées essentiellement sur l'enveloppe d'un cône ouvert en direc- tion d'avancement. De même, la face de la tête de broche 8 présente, sur son côté, tourné vers la vis sans fin 2, d'une zone cylin- drique 25 s'étendant, à partir de l'extrémité libre 6 vers la vis sans fin 2, un épaulement décroissant radiale- ment 26, qui est incliné, en coupe axiale, par rapport à la direction d'avancement, suivant le même angle que les surfaces de glissement 24 des appendices 22, d'o résulte la formation d'une surface de glissement complémentaire 27 en forme d'enveloppe de tronc de cône. Enfin la zone 29 de la tête de broche 8, qui s'étend à partir de la zone d'extrémité intérieure radiale 28 de l'épaulement 26 jusqu'à la surface frontale 21 de la bague de pression 13, est constituée essentiellement en forme cylindrique, telle que son pourtour extérieur 30, près de la bride 11, se prolonge de manière lisse dans la face frontale 21. Le déroulement de fonctionnement de l'extrudeur à vis sans fin comprend un processus de plastification et un processus de moulage par injection Dans le processus de plastification se produit simplement une rotation de la vis sans fin 2, par laquelle la matière première qui est introduite dans l'extrudeur, telle qu'un duroplaste ou un thermoplaste, par exemple sous la forme d'un granulat, est déplacée, par les filets 31 de la vis sans fin 2 en direction de son extrémité libre et est ainsi plasti- fiée Dans cette opération, l'anneau de fermeture 17, en raison de la pression d'écoulement qui est exercée sur lui par la matière plastifiée, est appliqué contre la tête de broche 8, les surfaces de glissement 24 des appendices 22 s'appliquant contre la surface de glissement 27 de la tête de broche 8 La matière plastifiée s'écoule alors entre la face frontale 21 de la bague de pression 13 et la face frontale 20 de l'anneau de fermeture 17, ainsi que entre le pourtour extérieur 30 de la zone 29 et le pourtour in- térieur 32 de la bague de pression 17, qui présente un plus grand diamètre que la zone 29, et à travers les ou- vertures de traversée 33 formées entre les appendices axiaux 22 Elle passe ainsi devant la zone cylindrique 25 de la tête de broche 8, qui présente un diamètre inférieur à celui du cylindre 1, pour parvenir finalement, dans la chambre collectrice prévue, devant l'extrémité libre 6 de la tête de broche 8. Au cours du processus de moulage par injection qui suit, la vis sans fin 2 est déplacée axialement dans la direction d'avancement, de telle sorte que la matière plas- tifiée est expulsée hors de l'extrudeur En raison des composantes de pression orientées vers l'arrière, provenant de la pression d'expulsion, l'anneau de fermeture 17 se trouve déplacé axialement, dans le sens opposé à la direc- tion d'avancement, de telle sorte que sa face frontale 20 s'applique à joint étanche contre la face frontale 21 de la bague de pression 13 et qu'aucun écoulement de retour en arrière de la matière par rapport à la vis sans fin n'est possible La constitution en forme d'enveloppe de cône des surfaces frontales 20 et 21 favorise alors l'étan- chéité du joint entre ces surfaces. En même temps, grâce à cette disposition inclinée des faces frontales 20 et 21, est réalisé un canal favora- ble à l'écoulement pour le passage de la matière qui a été plastifiée lors du processus de plastification En outre, en vue de la réalisation de conditions d'écoulement plus favorables, les portions 34 de la face frontale de l'an- neau de fermeture 17, qui se trouvent entre les appendices 22, sont constituées comme des portions de surface paral- lèles à l'épaulement 26 ainsi qu'à la surface de glisse- ment 27 de la tête de broche 8 qui est en forme d'en- veloppe de cône. En outre, en vue de conditions plus favorables d'écoulement de la matière première plastifiée et égale- ment d'une charge de pression aussi réduite que possible entre les surfaces de glissement 24 et 27, les ouvertures de traversée 33 formées entre les appendices 22, sont prévues de dimension telle, que leur section transversale de passage totale soit au moins aussi grande que la section transversale d'écoulement formée entre le pour- tour intérieur 19 du cylindre 1 et le pourtour extérieur 16 du noyau de vis sans fin, dans le domaine de la vis sans fin tourné vers la tête de broche 8. Ainsi qu'il résulte des figures 1 et 2, les appendi- ces axiaux 22 présentent, à leur extrémité de pied opposée axialement à leur extrémité libre 35, une surépaisseur 36 dirigée radialement vers l'intérieur La surface de glissement 24 s'étend alors, en coupe axiale, sur la to- talité de la zone de l'appendice axial en question 22, comprise entre l'extrémité libre 35 et la surépaisseur 36 du côté du pied On obtient ainsi, d'une part, une solidité accrue des appendices 22, et, d'autre part, une étendue notablement plus grande des surfaces de glisse- ment 24, de telle sorte que la pression superficielle unitaire est encore davantage abaissée. Enfin, comme le montre particulièrement la figure 2, il * 2515102 les surfaces de glissement 24 sont pourvues de poches de lubrification Pour la formation de ces poches, chaque surface de glissement 24 est moulée en retrait de telle sorte que, en chaque point de son pourtour intérieur, la direction tangentielle azimutale de la surface de glissement 24 forme, avec la direction tangentielle azimutale de la surface de glissement complémentaire 27 de la tête de broche 8, un petit angle OL L'ouverture formée par ce petit angle OÀ, est alors présentée en sens opposé à la direction de rotation de la vis 2, indiquée par une flèche 37 Ainsi se trouve formée une fente 38, indiquée dans la figure 1 par une ligne en traits mixtes, entre la surface de glissement 27 et la surface de glissement par- ticulière 24 sur le bord axial 19 de l'appendice 22 en question, disposé en sens opposé à la direction de rotation de la vis sans fin 2 A travers cette fente 38, la matière plastifiée peut, lors de la rotation de la vis sans fin 2, être refoulée à l'intérieur de la poche de-lubrification, de telle sorte que la masse plastifiée introduite pro- duise une décharge de la pression hydrodynamique sur les surfaces de glissement. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Dispositif de barrage contre un écoulement en retour pour un extrudeur ayant une vis sans fin ( 2) rota- tive et coulissant axialement dans un cylindre ( 1), par rotation de laquelle est réalisable une plastification de la matière introduite, et, par son avancement axial, une opération de coulée par injection de la matière pre- mière plastifiée, avec, sur la tête de vis sans fin ( 8), un anneau de fermeture et de blocage ( 17), appliqué à joint étanche contre la paroi intérieure du cylindre, et guidé pour coulisser axialement, lequel anneau, lors du processus de plastification, peut s'appliquer, par des appendices ( 22), saillants axialement sur sa face frontale en direction de l'avancement, contre un épaulement ( 26) de la tête de vis sans fin ( 8), et qui, lors de l'opération de coulée par injection, est amené à s'appliquer, avec une surface d'étanchéité prévue sur sa face frontale opposée à la direction d'avancement, contre une surface d'étan- chéité complémentaire de la vis sans fin ( 2), dispositif caractérisé en ce que les appendices saillants ( 22) de l'anneau de fermeture ( 17), sont pourvus de surfaces de glissement ( 24), inclinées, vues en coupe axiale, sous un angle aigu, par rapport à la direction d'avancement de la vis sans fin ( 2), surfaces sur lesquelles s'appuie l'épau- lement ( 26) de la tête de broche ( 8) constitué comme sur- face de glissement complémentaire ( 27). 2 Dispositif de barrage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, la section transversale totale de traversée des ouvertures de passage ( 33) formées entre les ap- pendices ( 22) présentant les surfaces de glissement ( 24), est de grandeur au moins égale à la section transversale d'écou- lement formée, dans le domaine de la vis sans fin ( 2) tour- né vers la tête de broche ( 8), entre le diamètre extérieur et le diamètre de noyau de la vis sans fin ( 2). 3 Dispositif de barrage, suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les ap- pendices ( 22) qui présentent les surfaces de glissement ( 24) sont répartis régulièrement en direction du pourtour de la vis sans fin et leur nombre s'élève au moins à deux. 4 Dispositif de barrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre d'appendices ( 22) comportant des surfaces de glissement ( 24) s'élève à trois. 5 Dispositif de barrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les appendi- ces saillants ( 22) sont pourvus, du côté du pied, d'une surépaisseur radiale, par rapport à la paroi intérieure voisine ( 32) de l'anneau de fermeture ( 17) et la surface de glissement ( 24), vue en coupe axiale, s'étend sur la zone de l'appendice située entre l'extrémité libre ( 35) et la surépaisseur de pied ( 36). 6 Dispositif de barrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface de glissement ( 24) de l'appendice saillant ( 22) est cons- tituée comme une poche de lubrification dont l'ouverture formée par un petit angle ( OL) enfermé entre les direc- tions tangentielles azimutales de la surface de glissement ( 24) de l'appendice ( 22) et de la surface de glissement complémentaire ( 27) de la tête de broche ( 8), est orientée en sens opposé à la direction de rotation ( 37) de la vis sans fin ( 2). 7 Dispositif de barrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les por- tions de face frontale ( 34) de l'anneau de fermeture ( 17), comprises entre les appendices ( 22) présentant les surfaces de glissement ( 24), sont constituées comme des éléments de surface parallèles à la surface de glissement ( 27) en forme d'enveloppe de cône ( 27) de la tête de broche ( 8).