Brevet FR2561165A1 — publié le 19850920

Elément de vis pour une machine de traitement de matière L'invention a pour objet un élément de vis utilisable dans une ma- chine de traitement de matière, par exemple une machine d'extrusion de ma- tière plastique. Une extrudeuse est constituée normalement d'une ou plusieurs vis entrainées en rotation à l'intérieur d'un fourreau allongé dans lequel sont ménagés des alésages cylindriques pour le logement des vis. Cellesci sont munies, sur leur périphérie, de filets en hélice qui entrainent vers l'aval la matière introduite par une extrémité amont du fourreau. En jouant sur le pas des vis, on peut soumettre la matière à des effets de trituration, de compression, de malaxage, par exemple pour produire la polymérisation, dans le cas de granules de matière plastique. La matière est ainsi entrainée jus- qu'à l'extrémité aval du fourreau qui peut être muni d'une filière d'extru- sion ou bien d'un simple orifice de sortie dans le cas o la matière ne doit pas être soumise à une extrusion. Pour faire varier le traitement réalisé au cours de l'avancement de la matière dans le fourreau; les vis sont constituées de zones successi- ves ayant des filets de pas ou de formes différentes. Par exemple, on pour- ra utiliser des sections de convoyage à pas large à l'entrée de la machine pour réaliser un entraînement rapide vers l'aval ou biens le long du four- reau pour réaliser une détente ou un dégazage de la matières Dans d'autres sections, les filets auront un pas resserre ou même inversé pour réaliser un freinage et par conséquent une compression de la matière. Les filets à pas inversés peuvent être munis d'ouverture controlant le passage vers l'aval d'une certaine quantité de matière et augmentant l'effet de tritura- tion. Il est souvent nécessaire de modifier l'arrangement des sections à pas différents, par exemple pour réaliser un changement ou une adaptation du processus de traitement.-D'autre part, les filets peuvent être détério- rés ou soumis à une usure importante par exemple dans le cas o la matière transportée est particulièrement abrasive. Cette usure est évidemment plus importante dans les zones les plus comprimées. Il est donc nécessaire de pouvoir changer ou remplacer certaines sections des vis et c'est pourquoi celles-ci sont généralement constituées d'éléments creux juxtaposés et enfilés sur un arbre central relié à un mo- teur d'entraînement en rotation. Pour que la rotation de l'arbre soit trans- mise aux éléments de vis, ceux-ci sont munis, sur leur paroi interne, de rainures qui s'engagent dans des cannelures correspondantes ménagées le long de l'arbre central. Au cours de la rotation, les rainures sont soumi- ses à des efforts de cisaillement importants, parfois à des chocs et l'élé- ment de vis doit donc être constitud d'un métal susceptible de résister à de tels efforts. D'autre part, les parois des filets sont soumises à une abrasion du fait de l'entrainement de la matière et, pour augmenter leur ré- sistance à l'abrasion, on les soumet généralement à un traitement de surfa- ce, par exemple en les recouvrant d'un métal anti-abrasion. Ce recouvrement doit être renouvelé périodiquement et cette opération est onéreuse d'autant plus que la paroi des filets doit être usinée avec précision, notamment dans les machines à deux vis qui engrènent l'une dans l'autre. L'invention a pour objet un nouveau mode de réalisation d'élé- ments de vis permettant notamment à ces derniers de mieux résister à l'abra- sion. L'élément de vis selon l'invention est constitué d'un manchon in- terne cylindrique réalisé en acier résistant aux contraintes mécaniques d'entrainement et portant, sur sa paroi interne, les rainures correspondant aux cannelures de l'arbre et d'un manchon externe réalisé en un produit sus- ceptible de résister à l'abrasion de la matière traitée sur lequel sont mé- nagés les filets ou d'autres organes périphériques de traitement de la ma- tière, le manchon externe étant enfilé sans jeu sur le manchon interne avec lequel il est solidarisé en rotation. A cet effet, le manchon externe est, de préférence fretté sur le manchon interne. Selon une caractéristique préférentielle, le manchon externe est réalisé par moulage de précision. Il peut être constitué par exemple en un alliage anti-abrasion tel qu'un alliage à base de cobalt ou de nickel. Sur les figures annexées, on a représenté schématiquement un mode de réalisation d'un élément de vis selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'éléments filetés de deux vis engrenant l'une dans l'autre. La figure 2 est une vue de détail de la jonction entre deux élé- ments adjacents. La figure 3 est une vue en coupe transversale selon AA de la figu- re 2. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une machine de trai- tement comportant deux vis 1 à axes 10 parallèles, engrenant l'une dans l'autre et entrainées en rotation à l'intérieur d'un fourreau 11 qui les en- veloppe. Chaque vis est constituée d'un certain nombre d'éléments juxtapo- sés tels que 12, 13 et 14 qui sont enfilés sur un arbre 2 entrainé en rota- tion autour de son axe 10 par un moyen non représenté sur la figure. A cet effet, les éléments de vis tels que 13 sont munis d'un alésage interne sur lequel sont ménagées des rainures longitudinales s'engageant sur des canne- lures 21 de l'arbre 2 permettant de transmettre le couple de rotation aux éléments filetés. Comme on le voit en détail sur les figures 2 et 3, chaque élément tel que 13 est constitué par un manchon interne cylindrique 3 entouré par un manchon externe 4. Le manchon interne 3 est réalisé en un acier susceptible de résis- ter aux contraintes mécaniques dues au couple d'entrainement appliqué par les cannelures 21 de l'arbre sur des rainures correspondantes 31 ménagées sur la paroi intérieure 32 du manchon 3. Le manchon externe 4 est constitué en une seule pièce par un mé- tal anti-abrasion tel qu'une fonte alliée ou un alliage à base de cobalt ou de nickel. Il comprend un corps cylindrique 41 sur la périphérie duquel sont formés dans la masse des filets de vis 42 ou bien, dans certaines ap- plications, d'autres organes périphériques de traitement de la matière. Les métaux anti-abrasion sont souvent peu résilients et résistent donc mal aux contraintes de cisaillement qui apparaissent dans les cannelures transmet- tant le couple de rotation. C'est pourquoi, le manchon externe 4 est solida- risé en rotation avec le manchon interne 3 par exemple par un frettage réa- lisé à chaud ou par collage, par soudage ou par brasage. Les filets 42, en revanche, ne sont pas soumis à des efforts de cisaillement importants étant donné que la pression exercée par la matière se répartit sur la périphérie du filet dont la section peut d'ailleurs être étudiée en conséquence. C'est pourquoi, le filet 42 peut être réalisé dans la masse en un métal antiabra- sion même si de tels métaux n'ont pas de caractéristiques très élevées de ductilité. En revanche, du fait que le manchon externe est réalisé intégra- iement en un métal anti-abrasion, il n'est plus nécessaire de remplacer aussi souvent les éléments de vis comme on le faisait auparavant pour re- constituer le revêtement anti-abrasion de faible épaisseur qui, dans les mo- des de réalisation classiques recouvre les filets. On notera d'ailleurs que, souvent, on recouvre seulement les sommets et les flancs des filets et non pas le fond de ceux-ci alors que, dans le mode de réalisation selon l'invention, l'ensemble du filet résiste à l'abrasion. Ceci est particuliè- rement avantageux dans les machines à deux vis dans lequelles le fond du fi- let peut être soumis lui aussi à une abrasion importante, notamment dans les zones 15 d'engrènement des vis. Un autre avantage réside dans le fait que le manchon externe 4 peut être facilement réalisé par moulage. En effet, la forme des filets se prête bien à un moulage de précision, par exemple par un procédé à la cire perdue ou un moulage céramique, donnant la géométrie de la pièce avec le mi- nimum d'usinage de finition. Dans ces cas, seul l'alésage central du corps cylindrique 41 doit être effectué par usinage. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le manchon interne 3 et le manchon externe 4 sont symétriques par rapport au plan médian P de l'élément et le manchon interne 3 a une longueur un peu in- férieure à celle du manchon externe 4. On définit ainsi à chaque extrémité de l'élément de vis de vis une demi-gorge 33 ayant une hauteur égale à l'é- paisseur (e) du manchon interne 3 et une largeur (a) égale à la moitié de la différence de longueur entre les deux manchons. De la sorte, lorsque les éléments adjacents sont accolés, les deux demi-gorges 33 et 34 placées en vis à vis forment un logement annulaire de largeur 2a, dans lequel on peut placer un joint d'étanchéité circulaire 5 dont la hauteur correspond à l'é- paisseur (e) du manchon interne 3 diminuée de la profondeur des rainures 31. Les joints 5 et leur logement sont ainsi symétriques par rapport aux plans P1 de jonction des éléments adjacents qui, étant eux-mêmes symétri- ques, peuvent être facilement retournés après usage pour etre utilisés dans l'autre sens. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au seul mode de réali- sation qui a été représenté, mais couvre également les variantes restant dans le cadre de protection revendiqué. En particulier, le mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit en deux manchons concentriques réalisés en mé- taux différents pourrait être utilisé également lorsque les organes de trai- tement de la matière placés à la périphérie de l'élément ne sont pas des fi- lets de vis mais par exemple des bras de malaxage ou des disques excentrés. En effet, malgré l'augmentation initiale de prix résultant de la masse rela- tivement importante réalisée en alliage anti-abrasion, le procédé sera inté- ressant dans de nombreux cas, notamment lorsque l'usure par abrasion est très importante, grace à l'économie réalisée au cours du fonctionnement, no- tamment par des arrêts moins fréquents pour démontage et rechargement du re- vêtement anti-abrasion. REVENDICATIONS 1. Element de vis utilisable dans une machine de traitement de ma- tière comprenant au moins une vis entrainée en rotation à l'intérieur d'un tferreau allonge (11) et constituée d'un arbre central d'entraînement (2) sur lequel sont enfilés une pluralité d'éléments creux (12, 13,..) munis, sur leur paroi interne, de rainures (31) s'engageant dans des cannelures correspondantes (21) de l'arbre central (2) et, sur leur périphérie, d'orga- nes de traitement de la matière tels que des filets hélicoïdaux, caractérise par le fait qu'il est constitué d'un manchon interne cylindri- que (3) réalisé en un produit résistant aux contraintes mécaniques d'entrai- nement et sur la paroi interne (32) duquel sont ménagées les rainures (31) correspondant aux cannelures (21) de l'arbre, et d'un manchon externe (4) réalisé en un produit susceptible de résister à l'abrasion de la matière traitée et sur lequel sont ménagés dans la masse les filets hélicotdaux (42) ou autres organes périphériques de traitement de la matière, le man- chon externe (4) étant enfilé sans jeu sur le manchon interne (3) avec le- quel il est solidarisé en rotation. 2. Elément de vis selon la revendication 1, caract4riné par le fait que le manchon interne (3) et le manchon externe (4) sont symétriques par rapport à un plan médian (P) perpendiculaire à l'axe (10) et que le manchon interne (3) a une longueur inférieure à celle du manchon externe (4) de façon à ménager aux deux extrémités de l'élément (1), deux demi-gorges (33, 34) de hauteur égale à l'épaisseur (e) du man- chon interne (3), les demi-gorges (33, 34) en vis à vis de deux éléments ac- colés (12, 13) formant un logement circulaire pour un joint d'tanchéité (5) interposé entre les éléments de vis (12, 13). 3. Elément de vis selon la revendication 1, caractérise par le fait que le manchon externe (4) est solidarisé avec le manchon interne (3) par frettage, collage, sondage ou brasage. 4. Elément de vis selon la revendication 1, caractérise par le fait que le manchon externe (4) est réalisé par moulage de précision d'un produit résistant à l'abrasion. 5. Elément de vis selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le manchon externe (4) est réalisé en un allia- ge anti-abrasion tel qu'un alliage à base de cobalt ou de nickel.