Brevet FR2629009A1 — publié le 19890929

(3 RÉPUBLIQUE FRAN AISE Q N de publication 2 629 009 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproductions DE LA PROPRIETE INDUSTRIELLE DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIEL N d'enregistrement national 89 03756 PARIS Q Int CI4: B 29 B 9/06; B 29 C 47/12. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 22 mars 1989. ( Demandeur(s): Société dite: WERNER & PFLEIDERER GmbH. - DE. Priorité: DE, 23 mars 1988, n P 38 09 735.4. ( Inventeur(s): Friedrich Lambertus. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " no 39 du 29 septembre 1989. O Références à d'autres documents nationaux appa- rentés Q Titulaire(s): ( Mandataire(s) Cabinet Simonnot. Plaque perforée pour granulation de cordons de matière plastique en milieu aqueux. t La plaque 1 contient des canaux 2 d'entrée, qui se 12 20 rtécissent en cône et débouchent dans un certain nombre de filières 14 d'extrusion, l'aire globale de la section d'entrée des 1 2 filières d'un même canal 2 d'entrée correspondant à l'aire de / section de sortie de ce dernier; les filières sont inclinées sur l'axe longitudinal de leur canal d'entrée, et leurs orifices de sortie se trouvent dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la plaque. Application notamment à l'extrusion de matières plastiques I 6 3 14 o O e N N oe LD Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27, rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention se rapporte à une plaque per- forée pour granulation de cordons de matière plastique en milieu aqueux, cette plaque comportant d'une part sur sa face antérieure une couronne de subdivision, dite couronne de découpage, dans laquelle sont formés des petits conduits et orifices de sortie de cordons, dits ci-après filières d'extrusion de cordons et d'autre part des canaux d'entrée, qui débouchent dans ces filières, qui sont rétrécis en cône dans la zone d'entrée et qui sont entourés sur une partie de leur longueur par des canaux de chauffage. Il est connu de limiter à une valeur minimale, pour des raisons thermiques et aussi pour réduire la perte de charge, la longueur des filières d'extrusion faisant partie de plaques perforées de ce genre. Pour que la masse fondue puisse s'écouler uniformément, elle parvient aux filières par des canaux d'entrée coniques. Un inconvénient de cette réalisation est que, en raison de l'existence de ces canaux d'entrée, le nombre des filières qui débouchent sur la face antérieure de la plaque est limité. La stabilité que la plaque doit présenter dans la zone critique de sortie de ces filières, soumise à des contraintes thermiques, pose également des problèmes techniques. On connait, par le brevet US-A-3 427 685, une plaque perforée dans laquelle des canaux d'entrée, partant d'un canal répartiteur, débouchent en se rétrécissant en cônes dans des filières d'extrusion respectives. Par conséquent, ces filières ne peuvent être disposées qu'en nombre limité, puisque chacune est alimentée par un canal d'entrée corres- pondant. En outre, les canaux qui traversent la plaque sur presque toute sa largeur, provoquent une perte de charge qui nuit à la qualité du produit fabriqué. Un autre plaque perforée, connue grâce au brevet US- A-3 857 665, comporte des canaux d'entrée en forme de po- ches, dont chacun débouche dans deux filières relativement courtes. Le défaut de cette plaque connue est que, à l'en- droit o les filières débouchent dans le fond des poches, il se produit des engorgements qui sont encore accrus par les parois ou voiles formés dans le fond de ces poches. Si, par ailleurs, la plaque comporte un grand nombre de filiè- res, leur disposition localement resserrée diminue la sta- bilité de la partie antérieure de cette plaque, soumise à de fortes contraintes thermiques. On connait par ailleurs, par la demande de brevet DE-A-3 420 944 une plaque perforée pour granulation de matière plastique en milieu aqueux, cette plaque comportant un alésage primaire de grand diamètre, destiné à réduire la pression d'extrusion et à augmenter la concentration en filières, et qui alimente un certain nombre de ces filières orientées parallèlement à son axe longitudinal. Ici aussi, la modification de section dans la zone de transition pour le passage de l'alésage primaire aux filières, provoque un écoulement irrégulier de la masse fondue, préjudiciable à la qualité du produit fabriqué. Le grand nombre des filiè- res qui ne sont séparées les unes des autres que par des cloisons ou voiles relativement minces et étroits, diminue également la stabilité de la partie antérieure de la plaque. L'invention part de la constatation que, pour obte- nir des conditions optimales de pression et d'écoulement à travers la plaque, il est souhaitable d'avoir un grand nombre de filières pour un nombre faible de canaux d'en- trée, la nécessité d'un apport de chaleur en tenant compte de la solidité mécanique et de la rigidité que doit présen- ter la plaque imposant cependant des limites à cette confi- guration. L'invention concerne donc une plaque perforée qui ait une résistance suffisante dans la zone de sortie des cordons, compte tenu des conditions optimales d'arrivée de la masse fondue et de sortie des cordons. Ce problème est résolu selon l'invention grâce au fait qu'un certain nombre de petits conduits d'extrusion ou filières d'extrusion de cordonsrdont la section d'entrée totale correspond largement à la section de sortie d'un canal sont formé(e)s dans la zone d'admission de chacun des canaux d'entrée, leurs axes longitudinaux étant inclinés sur l'axe longitudinal du canal respectif, leurs orifices de sortie se trouvant dans un plan et les prolongements de leurs axes longitudinaux coupent cet axe longitudinal du canal d'entrée. Le rétrécissement en entonnoir de chaque-canal d'en- trée débouchant dans plusieurs filières d'extrusion,et la réalisation d'une section de-passage correspondant pour l'ensemble de ces filières globalement à la section de passage de ce canal, empêchent qu'il se produise des engor- gements rendant irrégulier l'écoulement de la masse fondue. Puisque les filières sont disposées obliquement, elles forment pour cette masse un orifice d'entrée commun, qui supprime les engorgements. Il est donc possible d'alimenter de manière simple en masse fondue plusieurs filières, à partir d'un canal d'entrée unique se rétrécissant en cône, si bien qu'avec des canaux moins larges que ceux des pla- ques actuelles, il est possible de former et disposer un bien plus grand nombre de petits conduits ou filières. Par conséquent, les voiles qui subsistent entre les orifices de sortie des filières, sur la face antérieure de la plaque, présentent un moment élevé de résistance au gauchissement thermique. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, un grand nombre de filièresdisposées géométrique- ment de manière simplecoopèrent avec des canaux d'entrée usinés économiquement, ces canaux ayant une section circu- laire et les orifices de sortie des filières étant disposés sur un cercle intermédiaire, dont le centre se trouve sur l'axe longitudinal du canal d'entrée correspondant. Dans une autre forme ou variante de réalisation, dans laquelle les canaux d'entrée ont une section rectangu- laire à extrémités avantageusement semi-circulaires, les orifices de sortie des filières peuvent être disposées alternativement vis-à-vis les unes des autres, c'est-à-dire opposées, sur deux droites parallèles. Dans cette forme de réalisation à canaux de largeur relativement faible et à voiles minces entre filières, il est possible de percer un grand nombre de trous de passage de la masse fondue sans réduire la résistance mécanique de la plaque. Conformément à une autre caractéristique de l'inven- tion, chaque canal d'entrée peut être formé dans une pièce rapportée, ou garniture, emboîtée dans une cavité de la plaque et affleurant la couronne de découpage. L'élément qui guide la masse fondue peut ainsi être fabriqué de ma- nière particulièrement économique. L'angle d'inclinaison des filières est avantageuse- ment compris entre 10 et 20 degrés. Cela limite avantageu- sement l'écartement des filières tout en conservant une largeur suffisante aux voiles compris entre les canaux d'entrée. Le resserrement des orifices d'entrée des filières, au débouché des canaux d'entrée selon l'invention, permet de disposer dans cette zone, du côté antérieur de la pla- que, des canaux de chauffage ayant une aire de section suffisante, qui coopèrent avec les canaux d'entrée et com- muniquent avec des canaux d'alimentation, lesquels forment des canaux annulaires entourant les canaux d'entrée respec- tifs. Ce resserrement de la section des canaux d'entrée dégage l'espace nécessaire à cet effet, si bien qu'un flui- de de chauffage liquide peut passer librement dans un canal de section relativement grande. Dans le cas du chauffage par de la vapeur d'eau, cet agencement permet au condensat de refluer librement. En circulant autour des canaux d'en- trée,le fluide réchauffe de manière intensive le courant de matière fondue dans la zone de sortie de la plaque. Conformément à une autre caractéristique, les canaux d'alimentation peuvent relier en ligne droite passant par les axes longitudinaux des canaux d'entrée respectifs, plusieurs des canaux annulaires, lesquels sont disposés en quinconces sur des rangées respectives, dans un même plan. Cette liaison assure un bon écoulement sans reflux du con- densat en donnant aux canaux d'alimentation une inclinai- son constante. Dans une forme particulièrement économique de réalisation de l'invention, chaque canal d'entrée peut être façonné dans une garniture cylindrique, emboitée dans une cavité de la plaque, le canal annulaire étant usiné dans la périphérie de cette cavité. Cela simplifie la configuration et la réalisation des canaux d'alimentation. En variante, avec des canaux d'entrée de section rectangulaire, les canaux de chauffage, qui communiquent, séparément ou par groupes, avec des canaux d'admission et d'évacuation d'un fluide de chauffage, peuvent être dispo- sés radialement, à hauteur des orifices d'entrée des filié- res, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la plaque, leur action sur le reflux du condensat étant comparable. Cette action est due à l'inclinaison, en fait différente, mais permanente des canaux d'alimentation lorsque, en posi- tion de service, la plaque perforée est montée verticalement. L'invention va être décrite ci-dessous de manière plus détaillée, à titre illustratif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue partielle du côté de sortie d'une plaque perforée à canaux d'entrée formés dans des garnitures cylindriques; la figure 2 est une coupe par la ligne II-II de la plaque représentée sur la figure 1; la figure 3 est une vue partielle du côté de sortie d'une plaque perforée comportant des canaux d'entrée de section rectangulaire; la figure 4 est une coupe par la ligne IV-IV de la plaque perforée représentée sur la figure 3; la figure 5 est une coupe par la ligne V-V de la plaque perforée représentée sur la figure 3; la figure 6 est une représentation agrandie du côté d'entrée d'une garniture de la plaque montrée sur la figure 1; et la figure 7 représente une autre forme de réalisa- tion d'une plaque perforée comportant une isolation entou- rant plusieurs canaux d'entrée adjacents. La plaque perforée 1 représentée sur les figures 1 et 2, et qui est fixée par des boulons 7 à une extrudeuse non représentée, comporte une couronne 13 de fragmentation ou de découpage, formée d'une surface annulaire 6, qui fait saillie de la plaque perforée 1 et qui est ordinairement recouverte d'une couche 3 de protection contre l'usure (couche d'usure), contre laquelle passent des lames non représentées. Des canaux 2 d'entrée, disposés en cercles perforés 11 concentriques sur la surface 6 de la couronne, communi- quent avec un canal répartiteur 12 d'alimentation en matiè- re plastique en fusion. Dans une première forme de réalisa- tion, chacun des canaux 2 d'entrée est formé dans une gar- niture cylindrique 5, qui comporte en outre plusieurs petits conduits et orifices de sortie, dits filières 14 d'ex- trusion de cordons, dans lesquelles le canal 2 respectif débouche. Chaque canal 2 d'entrée est constitué d'un trou borgne 4, concentrique à la garniture 5, qui se rétrécit en entonnoir à son extrémité. Les filières 14 sont placées côte à côte,au fond de la partie rétrécie 8 en forme de cône ou d'entonnoir du trou 4, de façon à former, en s'in- terpénétrant, un orifice commun dont la section correspond également à la section de sortie du canal 2 ainsi que le représente la figure 6. Ainsi, plusieurs filières 14 débou- chent d'un seul et même canal 2, lequel se rétrécit en cône. A cet effet, les axes longitudinaux 9 de ces filières 14 font avec l'axe longitudinal 10 du canal 2 respectif un angle, qui est avantageusement de 10 à 20 . Comme le repré- sente la figure 6, on obtient ainsi par canal 2 d'entrée, par exemple six filières 14 sur la face de la couronne 13 de découpage. Puisque leur axes longitudinaux 9 se trou- vent, à leur orifice de sortie, sur un cercle intermédiaire dont le centre est sur l'axe longitudinal 10 du canal 2 respectif d'entrée, il y a assez de place pour donner aux filières 14 un écartement suffisant. Le rétrécissement en entonnoir 8 des canaux 2 d'entrée assure un écoulement régulier de la masse fondue, aussi bien dans ces canaux 2 d'entrée que dans chaque filière 14. L'angle au sommet du rétrécissement 8 est déterminé en fonction des propriétés rhéologiques de la matière à traiter et il est compris entre 30 et 60 degrés. Il a été constaté que, de cette manière, la masse fondue s'écoulant dans plusieurs filières 14, à partir d'un canal 2 respectif d'entrée, les engorge- ments sont complètement supprimés. La coopération de plu- sieurs filières 14 avec un canal d'entrée 2, c'est-à-dire leur groupement dans une garniture cylindrique 5;permet de disposer un grand nombre de ces filières 14 dans des garni- tures 5 relativement peu espacées. De plus, ainsi que le représentent les figures 1 et 2, dans le cas d'une plaque perforée 1 chauffée sur son côté antérieur, des canaux de chauffage 15, 15' sont disposés tout autour des garnitures à hauteur de l'orifice d'entrée des filières 14. Ces canaux de chauffage communiquent, par l'intermédiaire de canaux 17 d'alimentation, avec des canaux annulaires 18 usinés dans l'enveloppe des garnitures 5. Les canaux annulaires 18 et les canaux 17 d'alimen- tation sont juste à la hauteur de l'orifice d'entrée des filières 14, ce qui permet de chauffer en cet endroit ces filières 14, de manière intense et uniforme sur tout leur pourtour. Le fluide de chauffage, la vapeur d'eau par exemple et/ou son condensat est ou sont respectivement amenés et évacués, des canaux 15, 15' de chauffage aux canaux annu- laires 18 par l'intermédiaire des canaux 17 d'alimentation, qui sont disposés perpendiculairement aux axes longitudi- naux 10 des canaux d'entrée 2, de manière à communiquer avec ces canaux annulaires 18 qui se trouvent dans un méme plan. Puisque les axes longitudinaux 10 des garnitures cylindriques 5 se trouvent sur des cercles perforés 11 concentriques, les canaux annulaires 18 de ces garnitures , qui sont disposés en quinconce, par rangées adjacentes, dans un plan, peuvent être reliés par une droite passant par ces axes 10. De cette manière, lorsque la position verticale de montage de la plaque perforée 1 coïncide avec le plan de la figure 1, les canaux d'alimentation 17 sont inclinés sur toute leur longueur, ce qui garantit au con- densat qui se forme la possibilité de s'écouler continuel- lement. Quant à ces canaux 17 d'alimentation, ils sont ap- provisionnés en fluide de chauffage, délivré dans les ca- naux 15, 15', par des ouvertures 19, 19' d'admission et d'évacuation, comme le représente la figure 4. L'agencement avantageux de ces canaux 15, 15', à hauteur des extrémités resserrées des filières 14, permet de former des canaux annulaires 18 et d'alimentation 17 ayant une section relati- vement grande, ce qui exclut une.retenue et/ou un reflux du condensat. L'écartement réciproque des garnitures 5 cylin- driques peut donc également être maintenu à une valeur faible, les voiles 20 relativement minces ainsi formés ayant cependant encore une résistance mécanique suffisante. Dans une autre forme de réalisation d'une plaque perforée 1, représentée sur les figures 3 et 4, les canaux d'entrée 21 forment, tout en conservant les mêmes avanta- ges, des poches à contour rectangulaire et à extrémités semi-circulaires. Ces canaux 21 sont aussi constitués par une cavité qui se rétrécit en entonnoir à sa partie infé- rieure, d'o partent, intérieurement à la surface annulaire 6, plusieurs conduits et orifices de sortie, ou filières 16 d'extrusion de cordons. Ainsi que le représente la figure , les axes longitudinaux 9' de ces filières 16 sont égale- ment inclinés sur l'axe longitudinal 22 du canal 21 respectif. On voit clairement qu'ici aussi il est possible de donner aux canaux 23 de chauffage, formés t hauteur des extrémités resserrées des filières 16 et du voile 24, des aires de section, ou des lumières, suffisamment grandes. Il est possible de donner à ce voile 24, sans diminution de résistance mécanique, des dimensions assez faibles pour permettre de former un grand nombre de filières 16 par plaque. La matière plastique en fusion, qui -pénètre ici aussi, par l'intermédiaire d'un canal répartiteur 12, dans les canaux d'entrée 21 parvient à toutes les filières 16 avec un débit identique, en raison du rétrécissement en entonnoir de chacun de ces canaux 21. Le fluide de chauffage est introduit par les canaux 23 de chauffage, formés du côté antérieur de la plaque, et le condensat qui se forme est évacué, par l'intermédiaire de canaux annulai- res 30, 30', par des ouvertures 19, 19' d'admission et d'évacuation équipées d'un raccord 25. La surface annulaire 6 est également revêtue d'une couche 31 de protection contre l'usure (ou couche 31 d'usure). La figure 7 représente une autre configuration de la plaque perforée 1 selon l'invention. Les canaux d'entrée 35 y sont entourés d'une couche isolante 26 cohérente, qui empêche la chaleur de s'écouler par la couronne 38 de sub- division ou de découpage refroidie à l'avant. Des canaux 27 chauffent la plaque 1, non du côté de sortie de la matière plastique dans la zone de la plaque 38, mais à hauteur du côté d'entrée des canaux 35 formés dans des garnitures cylindriques 37. Ces canaux 35 sont formés dans des garnitures cylin- driques 37, qui sont insérées dans des perçages 29 corres- pondants de la plaque 1. Chacune de ces garnitures 37, qui se rétrécit en entonnoir du côté de sortie, débouche dans un certain nombre de filières 32 d'extrusion, dont les axes longitudinaux 33 sont inclinés sur l'axe longitudinal 34 du canal d'entrée 35 (c'est-à-dire la garniture cylindrique 37). Ces garnitures 37 peuvent être composées d'un allia- ge métallique, thermoconducteur, par exemple un alliage de cuivre. Dans cette forme de réalisation, les filières 32 sont relativement courtes sans nuire à la résistance méca- nique de la couronne 38 de découpage, de sorte que la par- tie 28, rétrécie en entonnoir, des canaux 2, et donc le champ thermique, qui est uniforme dans cette zone du fait de la couche isolante 26, peut être prolongée jusqu'à pro- ximité immédiate de la surface de cette couronne 38. La relativement faible longueur des filières 32 permet aussi d'obtenir ici une diminution considérable de la perte de charge dans ces filières. La configuration de la- plaque perforée permet à la masse fondue de passer dans une large mesure sans incident, dans les canaux d'entrée 2, 21, 35 et dans les filières 14, 16, 32 et permet de chauffer uniformément les cordons de cette masse fondue par l'intermédiaire des canaux 17 d'ali- mentation et des canaux annulaires 18, auxquels on peut donner une aire de section suffisante pour laisser passer librement le fluide de chauffage. La plaque convient notam- ment pour servir à extruder des qualités très visqueuses de polyéthylènes et polypropylènes. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications aux plaques perforées de granulation de cordons de matière plastique, représentées et décrites. REVENDICATIONS 1. Plaque perforée pour granulation de cordons de matière plastique en milieu aqueux, comportant, d'une part sur sa face antérieure une couronne de découpage dans la- quelle passent des filières d'extrusion de cordons et, d'autre part, des canaux d'entrée qui débouchent dans ces filières, qui se rétrécissent'en cône dans la zone d'entrée et qui sont entourés sur une partie de leur longueur par des canaux de chauffage, plaque caractérisée en ce qu'un certain nombre de filières (14, 16, 32), dont l'aire de- section totale d'entrée correspond sensiblement à l'aire de section de sortie d'un canal (2, 21, 35) sont formées dans la zone d'entrée de chacun de ces canaux (2, 21, 35), leurs axes longitudinaux (9) faisant un certain angle avec l'axe longitudinal (10) du canal respectif et les prolonge- ments de ces axes (9) coupant l'axe longitudinal (10) du canal d'entrée (2, 21, 35) respectif, et leurs orifices de sortie se trouvant dans un même plan. 2. Plaque perforée selon la revendication 1, compor- tant des canaux d'entrée à section circulaire, caractérisée en ce que les orifices de sortie des filières (14) se trou- vent sur un cercle (11) intermédiaire, dont le centre est situé sur l'axe longitudinal (10) du canal (2) d'entrée respectif. 3. Plaque perforée selon la revendication 1, compor- tant des canaux d'entrée à section rectangulaire, plaque caractérisée en ce que les orifices de sortie des filières (16) sont disposés alternativement vis-à-vis les uns des autres sur deux droites parallèles. 4. Plaque perforée selon la revendication 1, carac- térisée en ce que chaque canal d'entrée (2) est formé dans une garniture (5), qui est emboitée dans une cavité de la couronne (13) de découpage et qui affleure la surface annu- laire (6) de celle-ci. 5. Plaque perforée selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que l'angle d'in- clinaison des filières (14, 16, 32) est avantageusement de à 20 degrés. 6. Plaque perforée selon une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des canaux (15, 15') de chauffa- ge, qui coopèrent avec des canaux d'entrée (2), communi- quent avec des canaux (17) d'alimentation formés dans un plan perpendiculaire aux axes longitudinaux (10) de ces canaux (2) d'entrée et dont chacun forme un canal annulaire (18) entourant le canal d'entrée respectif à hauteur de l'orifice d'entrée des filières (14). 7. Plaque perforée selon la revendication 6, carac- térisée en ce que les canaux (17) d'alimentation relient des canaux annulaires (18) adjacents suivant une ligne droite passant par les axes longitudinaux (10) de ces ca- naux annulaires, lesquels sont disposés en quinconce en rangées dans un même plan. 8. Plaque perforée selon une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que chaque canal (2) d'entrée est formé dans une garniture cylindrique (5), qui est encastrée dans une cavité de la couronne (13) de découpage, et sur la périphérie de laquelle est usiné le canal annulaire (18) communiquant avec les canaux (17) d'alimentation. 9. Plaque perforée selon une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que des canaux (23) de chauffage qui communiquent, soit séparément, soit par groupes, avec des canaux (30, 30') d'admission et d'évacuation d'un fluide de chauffage, sont disposés radialement, dans un plan perpen- diculaire à l'axe de la plaque, à hauteur du débouché des canaux (21) d'entrée dans les filières (16). /15 14 12 20. 4 5 1 2 15 Fig.2 -- -o---:-:-, FI ig. 3 L--1z 3 '-.- Q 21 3 À1 -2 23 Fig.5 Fig.6 ó/y Fi26 % -32 34 - 233574N;Sa3 3-- 7 / -28 À Air Fig.7