Brevet FR2543057A1 — publié le 19840928

Procédé et dispositif pour obtenir un débit maximum d'une extrudeuse à vis double. L'invention concerne un procédé pour obtenir un débit maximum d'une extrudeuse à vis double char- gée de manière dosée, sans dépasser la température de transformation maximale admissible, ainsi qu'un dis- positif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par la demande de brevet publiée en Républi- que Fédérale d'Allemagne sous le No 23 35 612, on connaît un procédé et un dispositif de stabilisation du débit massique d'une extrudeuse Au moyen d'appa- reils de mesure de la pression, on mesure la pression de réaction dans le palier de réaction de l'extrudeu- se et on recueille un signal correspondant sur la base duquel on agit sur l'entraînement du dispositif d'alimentation en matière. La détection d'une pression de réaction comme grandeur de commande doit être considérée comme très douteuse parce que, pour toute variation de la matiè- re, par exemple pour toute variation de l'indice de fusion ou de la viscosité, il se produit des condi- tions tout à fait différentes Cette demande de brevet publiée ne donne aucun moyen pour faire fonctionner de manière optimum une extrudeuse, pour ce qui concer- ne son débit, ce qui est d'une importance déterminan- te, notamment du point de vue économique. Habituellement, pour des raisons de sécurité, on utilise seulement 80 % au maximum de la capacité de transformation de la matière des extrudeuses pour empêcher d'endommager le train d'engrenages, l'arbre de la vis et les diverses parties de la vis On ne peut donc pas parler d'une utilisation économique des capacités de production. L'invention vise un procédé et un dispositif qui peut être utilisé pour ce procédé, grâce auxquels on peut augmenter le débit d'extrudeuses à vis double chargées de manière dosée jusqu'à la limite de pro- duction,sans qu'il se produise des dommages à la machine, et notamment à la matière à transformer Le procédé et le dispositif doivent également pouvoir être montés ultérieurement sur des machines déjà existantes. Le procédé suivant l'invention consiste à détecter le couple de rotation de la vis et à le com- parer à une valeur de consigne et, dans le cas o il dépasse un couple de rotation de sécurité écarté d'une valeur prescrite du couple de rotation maximum admis- sible ou lui est inférieur de cet écart, à agir sur l'addition dosée de matière et/ou sur la vitesse de rotation de la vis. De préférence, le procédé suivant l'invention consiste en cas de dépassement du couple de rota- tion de sécurité de la vis écarté d'une valeur pres- crite du couple de rotation maximum admissible, à effectuer une diminution de l'addition dosée de la matière et/ou à augmenter la vitesse de rotation de la vis; à régler l'écart prescrit du couple de rotation de sécurité au couple de rotation maximum admissible de la vis entre 1 et 15 % en-dessous du couple de rotation maximum admissible de la vis; à détecter le couple de rotation de la vis et à le comparer à une valeur de consigne et, en ou- tre, à détecter la température de la matière peu avant la sortie de l'extrudeuse et à la comparer à une valeur de consigne, et, dans le cas o le couple de rotation dépasse un couple de rotation de sécurité écarté d'une valeur prescrite du couple de rotation- maximum admissible de la vis ou lui est inférieur de cet écart ou dans le cas o la température de trans- formation de la matière dépasse une température de sécurité écartée d'une valeur prescrite de la tempé- rature maximale admissible de transformation de la ma- tière ou lui est inférieure de cet écart, à agir sur l'addition dosée de la matière et/ou sur la vitesse de rotation de la vis; - à régler l'écart prescrit de la température de sécurité à la température maximale admissible de transformation de la matière entre 1 et 20 'C en-des- sous de la température maximale admissible de trans- formation de la matière. Le dispositif suivant l'invention est carac- térisé en ce qu 'il comprend un régulateur relié à un dispositif de détection du couple de rotation de la vis, à l'entraînement d'un dispositif de dosage et/ou à l'entraînement de la vis. De préférence: un régulateur est relié à un dispositif de détection du couple de rotation de la vis, et en ou- tre, à un dispositif de détection de la température de la matière disposé à la sortie de l'extrudeuse, à l'entraînement d'un dispositif d'addition de la matiè- re de manière dosée et/ou à l'entraînement de la vis la détection du couple de rotation s'effec- tue en détectant la consommation de courant électrique de l'entraînement de la vis. En détectant le couple de rotation et en agis- sant de manière correspondante sur l'addition dosée de matière et/ou sur le nombre de tours de la vis, on peut effectuer une addition dosée de matière sans danger, jusqu'à la limite supérieure de transforma- tion de matière qui peut être supportée, sans avoir à craindre,-d'une part de rompre la vis ou d'endomma- ger les engrenages, ou d'autre part d'endommager la matière. Comme, au moyen d'une régulation entièrement automatique, on peut maintenir un écart petit par rapport au couple de rotation maximum admissible, on peut réaliser constamment un fonctionnement à un débit optimum. Une extrudeuse fonctionne notamment d'une ma- nière optimale pour ce qui concerne son débit, quand on détecte en plus la température de la matière et quand, ensuite, on règle, déduction faite d'un petit écart de sécurité, l'addition dosée de matière d'une part, et le nombre de tours de la vis d'autre part, en fonction aussi bien du couple de rotation maximum admissible que de la température maximale admissible. On peut ainsi faire fonctionner l'extrudeuse automatiquement sans quelque manoeuvre manuelle que ce soit, jusque peu avant son couple de rotation de la vis maximum et jusqu'à peu avant la température de décomposition de la matière à transformer, au moyen du procédé de régulation. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la figure 1 est un schéma-bloc d'une installa- tion à extrudeuse, et la figuré 2 est une représentation graphique de la relation entre la température, l'addition dosée, le couple de rotation et le nombre de tours. Par 1, on désigne une extrudeuse, par 2, une addition dosée de matière et par 3, un régulateur. L'extrudeuse est entraînée par un moteur d'entraîne- ment 5, au moyen d'un train d'engrenages 4. Dans le fourreau de l'extrudeuse 6, se trou- vent deux vis transporteuses, non représentées, qui homogénéisent une matière plastique à plastifier à partir d'un produit granulé qui est chargé dans la trémie de chargement de la matière 7 et qui, à la sor- tie d'une filière 8, l'extrude par exemple en un profilé. Le dispositif d'alimentation 2, par exemple une bande transporteuse disposée au-dessus de la tré- mie de chargement de la matière 7, est mis en mouvement continu par un entraînement qui n'est pas représenté. L'entraînement de la bande transporteuse du dispositif d'addition de la matière de manière dosée 2 est relié au régulateur 3, celui-ci pouvant provo- quer une accélération ou un ralentissement. Le couple de rotation de l'entraînement de la vis est détecté sur l'arbre d'entraînement 9 du train d'engrenages 4 Un dispositif qui convient à cet effet est relié également au régulateur 3. On peut agir également sur le nombre de tours de la vis, par le régulateur 3, qui, à cet ef- fet, est relié également à l'entraînement 5. En outre, au voisinage de la sortie de l'ex- trudeuse, est prévu un dispositif de détection de la température 11,qui est en liaison avec le régulateur 3. En vue de décrire la manière dont se déroule le procédé, on suppose l'état initial suivant La détection de la température il indique une température de la matière qui est trop petite, et le dispositif d'indication du couple de rotation indi- que un couple de rotation trop petit. En raison de cet état de fait, le régulateur 3 agit alors sur le dispositif d'alimentation en ma- tière, de fftanière à charger davantage de matière dans la trémie de l'extrudeuse 7. Grâce à l'augmentation de l'addition dosée de matière, le couple de rotation augmente jusqu'à la limite de sécurité du couple de rotation, ce qui est enregistré par le régulateur 3 Grâce à l'augmenta- tion de l'addition dosée de matière, la température de la masse dans l'extrudeuse diminue simultanément, ce qui est enregistré par détecteur de température 11 et est envoyé au régulateur 3. Le régulateur 3 augmente après cela le nom- bre de tours de la vis en agissant sur l'entraînement , de sorte que la température de la masse s'élève jusqu'à atteindre la limite de sécurité de la tempéra- ture de la masse, ce qui est indiqué à nouveau au régulateur par la détection de la température 11 En augmentant le nombre de tours de la vis, tout en main- tenant constante l'addition dosée de matière, on dimi- nue le couple de rotation. Ensuite, le régulateur 3 agit à nouveau sur le dispositif d'addition dosée de la matière 2 pour augmenter encore l'addition dosée, ce qui, pour un même nombre de tours, diminue àanouveau la températu- re de la masse avec augmentation simultanée du couple de rotation. Par une autre augmentation alternée du nom- bre de tours de la vis et de l'addition dosée de la matière, on atteint pas à pas le point de fonctionne- ment optimum On va donc, d'une part, jusqu'à l'écart de sécurité de la température de transformation de la matière et, d'autre part, jusqu'à l'écart de sécurité du couple de rotation maximum admissible, avec pour résultat de ce déroulement que l'on va également en continu jusqu'au débit maximum que l'on peut atteindre, sans-avoir à craindre des phénomènes de décomposition de la matière à transformer, ou des dégâts à la machine. Le processus décrit ci-dessus est explicité davantage au moyen de la représentation graphique. On a porté, sur l'axe des X, le débit en kg/h et, sur l'axe des Y, la température de la masse en OC. Les courbes Z indiquent des lignes de même nombre de tours Les courbes de couples de rotation sont indiquées par T. En supposant par exemple un nombre de tours de minutes, on obtient un débit de 400 kg/h et une température de 220 *C (voir point 1), Quand on augmente alors l'addition dosée de matière pour un nombre de tours constant, le débit augmente à 500 kg/h, la température s'abaisse à 2000 C et, en même temps, le couple de rotation augmente jus- qu'à la valeur maximale, abstraction faite de l'écart de sécurité (ligne en traits mixtes Ts = 3 960 Nm) (voir point 2). Si, alors, le nombre de tours est augmenté tout en maintenant l'addition dosée constante, la tem- pérature de la masse s'élève à nouveau. Le nombre de tours est augmenté pour une addition dosée de matière constante, jusqu'à ce que la température de la masse atteigne l'écart de sécurité prescrit ( 2500 C, déduction faite de l'écart de sécurité de 2 K = 2480 C ligne en traits mixtes v = 2480 C -) (voir point 3) Le nombre de tours s'élève à 200 minutes Quand l'écart de sécurité est atteint (point 3), le régulateur 3 provoque une nouvelle addition dosée de matière, pour un même nombre de tours, de sorte que la température-s'abaisse de 2480 C ( 250 C moins écart de sécurité de 2 K = 2480 C) à 2180 C (voir point 4), cependant que le débit s'élève à 660 kg/h et que le couple de rotation prend la valeur maximum T Max, déduction faite de l'écart de sécurité. Mais comme la température s'est a nouveau abaissée, on peut à nouveau augmenter le nombre de tours de la vis à 240 minutes-1, ce qui a pour résul- tat à nouveau une élévation de la température à 2480 C (limite de sécurité), avec diminution du couple de rotation qui se produit (voir point 5). Le régulateur provoque donc encore une fois une augmentation de l'addition de matière dosée, la température de la masse s'abaisse jusqu'à 2300 C et le débit augmente jusqu'à 750 kg/h {point 6). On augmente alors à nouveau le nombre de tours, la température de la masse augmente à nouveau et le couple de rotation diminue, etc. Quand aussi bien la température maximale admissible, déduction faite de l'écart de sécurité, que le couple de rotation maximum admissible, déduc- tion faite de l'écart de sécurité, ont été atteints, l'extrudeuse fonctionne dans des conditions optimales. On a réglé, dans ce cas, à une température de 2500 C, déduction faite d'un écart de sécurité de 2 K, donc de 2480 C, et à un couple de rotation de 4 000 Nm, déduction faite de l'écart de sécurité de 80 Nm, donc de 3.920 Nm, (voir point 7) Le point 7 est donc la région de fonc- tionnement optimum o u l'on peut rester constamment et sans risque pour la matière et pour la machine. Quand la région de fonctionnement optimum est atteinte, (point 7), pour ce qui concerne le débit maximum et la température maximale admissibles, le régulateur 3 régule par exemple en faisant en sorte qu'en cas de dépassement de la température de sécurité, l'addition dosée et le nombre de tours de la vis soient réduits et/ou le nombre-de tours de la vis soit augmenté. Le procédé de régulation suivant l'invention permet donc un mode de fonctionnement optimum de l'extrudeuse, tant du point de vue du débit que de la température, sans avoir à intervenir manuellement à quelque instant que ce soit et 'sans avoir à redouter un endommagement de la machine, en raison d'un couple de rotation trop élevé. REVENDICATIONS 1 Procédé pour obtenir un débit maximum d'une extrudeuse à vis double chargée de manière dosée, sans dépasser la température de transformation maximale admissible, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le couple de rotation de la vis et à le comparer à une valeur de consigne et, dans le cas ou il dépasse un couple de rotation de sécurité écarté d'une valeur prescrite du couple de rotation maximum admissible ou lui est inférieur de cet écart, à agir sur l'addition dosée-de matière et/ou sur la vitesse de rotation de la vis. 2 Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il consiste, en cas de dépassement du couple de rotation de sécurité de la vis écarté d'une valeur prescrite du couple de rotation maximum admis- sible, à effectuer une diminution de l'addition do- sée de la matière et/ou à augmenter la vitesse de rotation de la vis. 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à régler l'écart prescrit du couple de rotation de sécurité au couple de rotation maximum admissible de la vis entre 1 et % en-dessous du couple de rotation maximum admissi- ble de la vis. 4 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, Il 2543057 caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le cou- ple de rotation de la vis et à le comparer à une va- leur de consigne, et, en outre, à détecter la tempéra- ture de la matière peu avant la sortie de ltextrudeuse et à la comparer à une valeur de consigne, et, dans le cas o le couple de rotation dépasse un couple de rotation de sécurité écarté d'une valeur prescrite du couple de rotation maximum admissible de la vis-ou lui est inférieur de cet écart ou dans le cas o la tempé- rature de transformation de la matière dépasse une tem- pérature de sécurité écartée d'une valeur prescrite de la température maximale admissible de transformation de la matibre ou lui est inférieure de cet écart, à agir sur l'addition dosée de la matière et/ou sur la vitesse de rotation de la vis. Procédé suivant la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il consiste à régler l'écart prescrit de la température de sécurité à la température maxima- le admissible de transformation de la matière entre 1 et 200 C en-dessous de la température maximale admis- sible de transformation de la matière. 6 Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'obtention d'un débit maximum d'une extrudeuse à vis double chargée de manière dosée, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un régu- lateur ( 3) est relié à un dispositif de détection ( 10) du couple de rotation de la vis, à l'entraînement d'un dispositif de dosage ( 2) et/ou à l'entralnement ( 5) de la vis. 7 Dispositif suivant la revendication 6, ca- ractérisé en ce qu'un régulateur ( 3) est relié à un dispositif de détection du couple de rotation de la vis ( 10) et, en outre, à un dispositif de détection de la température de la matière ( 11) disposé à la sor- tie de l'extrudeuse, à l'entratnement d'un dispositif d'addition de la matière de manière dosée ( 2) et/ou à l'entraînement ( 5) de la vis. 8 Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la détection du couple de rotation s'effectue en détectant la consommation de courant électrique de l'entraînement de la vis ( 5). 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