Brevet FR2701886A1 — publié le 19940902

La présente invention concerne une méthode pour faciliter l'écoulement d'un matériau élastomère au travers d'un outil, tel que la filière d'une machine à extruder ou la buse d'une presse à injecter par exemple, du type consistant à utiliser des ultrasons propagés à partir d'au moins une source émettrice d'ultrasons placée à proximité de l'outil. Ce type de méthode est notamment décrite dans le document DT-134 052 pour l'extrusion de matériaux thermoplastiques Concrètement, les ultrasons sont utilisés pour provoquer une élévation de la température du matériau au-delà de sa température de transition vitreuse Il en résulte un abaissement de la viscosité du matériau, ce qui facilite son écoulement au travers de la filière d'extrusion Pour la mise en oeuvre de cette méthode, le document prévoit notamment l'utilisation de deux sources émettrices d'ultrasons qui sont situées respectivement de part et d'autre de la filière d'extrusion et au droit de celle-ci, la direction de propagation des ultrasons se faisant suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe d'écoulement du matériau dans la filière d'extrusion. Cependant, il n'est pas possible de transposer directement une telle méthode à des matériaux élastomères, en particulier des matériaux thermodurcissables comme le caoutchouc par exemple, compte-tenu de leur évolution irréversible dans le temps sous l'action de la chaleur. Le but général de l'invention est de pouvoir fabriquer notamment des profilés en matériaux élastomères, qui soient parfaitement homogènes sur toute leur longueur avec une section droite uniforme et constante, pour obtenir des produits finis de meilleure qualité et d'aspect extérieur amélioré, en se basant sur une méthode du type précité. A cet effet, l'invention propose une méthode du type précité qui est caractérisée en ce qu'elle consiste à propager les ultrasons jusqu'à l'outil suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau au travers de l'outil. Selon cette méthode, l'action des ultrasons à pour effet de faire vibrer l'outil, ce qui permet de réduire les forces de frottement entre sa paroi interne, qui délimite la section de passage de l'outil, et le matériau pour faciliter l'écoulement de ce dernier en procurant les résultats précités. Selon une autre caractéristique de la méthode selon l'Invention, on peut utiliser soit une seule source émettrice d'ultrasons disposée suivant l'axe d'écoulement du matériau au travers de l'outil et en amont de celui- ci, en considérant le sens d'écoulement du matériau, soit plusieurs sources émettrices d'ultrasons radialement régulièrement réparties autour de l'outil et placées également en amont de celui-ci en considérant le sens d'écoulement du matériau, lesdites sources étant avantageusement excitées avec un déphasage tel que l'amplitude des ultrasons soit maximum tout au long et autour de la section de passage de l'outil. L'invention concerne également un système de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, ce système comprenant au moins une source émettrice d'ultrasons constituée à partir d'un matériau piézoélectrique, et qui est caractérisé en ce que ladite source est associée à au moins un élément destiné à propager les ultrasons jusqu'à l'outil suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau. Selon une autre autre caractéristique du système selon l'invention, la source émettrice d'ultrasons est située en amont de l'outil, en considérant le sens d'écoulement du matériau au travers de l'outil. Dans un premier mode de réalisation, la source émettrice d'ultrasons, montée en amont de l'outil, est disposée suivant l'axe d'écoulement du matériau en étant accolée à l'outil avec interposition éventuelle d'un élément de couplage destiné à propager les ultrasons jusqu'à l'outil. Toujours selon ce premier mode de réalisation, la source émettrice des ultrasons est constituée à partir d'un matériau piézoélectrique, tel une céramique, sous la forme d'au moins un disque annulaire aligné suivant l'axe d'écoulement du matériau et fixé au support de l'outil qui est axialement aligné avec celui-ci. Ce premier mode de réalisation de l'invention peut être avantageusement utilisé pour l'extrusion de tubes ou des profilés de petit diamètre par exemple. Dans un second mode de réalisation, plusieurs sources émettrices d'ultrasons sont placées en amont de l'outil en étant régulièrement réparties radialement autour de celui-ci, chaque source émettant des ultrasons suivant une direction radiale par rapport à l'axe d'écoulement du matériau, qui sont propagés au travers d'un guide d'ondes jusqu'au support de l'outil, ledit support étant axialement aligné avec l'outil, les ultrasons se propageant ensuite jusqu'à l'outil au travers de ce support suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau au travers de l'outil. Suivant une autre caractéristique de l'invention appliquée à ces deux modes de réalisation, la distance moyenne séparant la ou les sources émettrices d'ultrasons et l'outil, est calculée de manière à ce que l'outil soit sensiblement placé au niveau d'un ventre correspondant à un maximum d'amplitude des vibrations propagées jusqu'à l'outil, la position de ce ventre étant fonction de la fréquence d'excitation et de la phase des ultrasons émis. Avantageusement, dans le second mode de réalisation, les sources émettrices d'ultrasons sont excitées avec un déphasage tel que l'on obtient une onde de propagation hélicoïdale tout au long et autour de la section de passage de l'outil. Ce second mode de réalisation peut être avantageusement utilisé pour la fabrication de tubes ou de profilés de grand diamètre. D'une manière générale, l'invention s'applique notamment à des machines à extruder ou l'outil est constitué par une filière d'extrusion, et à des machines à injecter o l'outil est constitué par une buse d'injection, les produits résultants, en caoutchouc par exemple, étant notamment utilisés dans le domaine de l'industrie automobile. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une machine à extruder équipée d'un système à ultrasons conforme à l'invention suivant un premier mode de réalisation, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique et partielle d'une machine à extruder équipée d'un système à ultrasons conforme à l'invention suivant un second mode de réalisation, et la figure 3 est une vue en bout de la tête d'extrusion d'une machine à extruder équipée d'un système à ultrasons conforme à l'invention suivant un troisième mode de réalisation. En se reportant à la figure 1, la machine à extruder 1 telle que schématiquement représentée est constituée, d'une façon connue en soi, d'un corps allongé 2 ou fourreau dans lequel est logée 22 une vis sans fin 3 entraînée en rotation par un moteur M. Une trémie d'admission 4 débouche radialement dans le corps 2 et vers une extrémité de celui-ci, en l'occurrence celle qui est adjacente au moteur M L'autre extrémité du corps 2 se prolonge axialement par une tête d'extrusion 5 terminée par une filière d'extrusion 8. D'une manière générale, on introduit le matériau à extruder par la trémie 4 située à une extrémité du corps 2 La vis sans fin 3, entraînée en rotation par le moteur M, achemine le matériau en direction de la tête d'extrusion 5 Au cours de cet acheminement, le matériau est généralement chauffé et il arrive au niveau de la tête d'extrusion 5 dans un état visqueux homogène pour s'écouler, à débit constant, à travers la filière 8 pour prendre une forme définie par la section de passage 8 a de la filière 8. Selon l'invention, une telle extrudeuse est utilisée pour fabriquer des profilés en un matériau élastomère, comme le caoutchouc par exemple Pour faciliter l'écoulement de ce matériau au travers de la filière 8, il est prévu d'utiliser des ultrasons pour diminuer les frottements entre le matériau et la paroi interne de la filière 8 qui définit la section de passage 8 a du matériau. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, les ultrasons sont émis à partir d'une source 10 qui est montée suivant l'axe d'écoulement du matériau et qui est supportée par la tête d'extrusion 5, en amont de la filière 8 Cette source 10 est constituée par plusieurs disques l Oa réalisés dans une céramique piézoélectrique par exemple Ces anneaux la sont accollés les uns aux autres avec interposition de disques métalliques l Ob reliés à un circuit d'excitation 11, connu en soi Cette source 10 est elle-même accolée à la tête d'extrusion 5 en amont de la filière 8, avec une pièce d'isolation acoustique 12 montée entre la tête 5 et35 l'extrémité adjacente du corps 2 de la machine à extruder. Avantageusement, la distance entre la source 10 et la filière 8 sera déterminée de manière à obtenir un ventre de vibration au niveau de la section de passage 8 a de l'outil 8, cette distance étant fonction de la fréquence et de la phase d'excitation de la source 10. Dans ces conditions, les ultrasons émis par les céramiques piézoélectriques l Oa sont directement transmis par la tête d'extrusion 5 à la filière 8 suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau. Les ultrasons provoquent ainsi une mise en vibration de la filière 8, ce qui a pour effet de diminuer les frottements au passage du matériau dans la section de passage 8 a définie par la filière 8. Il est ainsi possible de fabriquer des produits extrudés, tels que des tubes ou des profilés en un matériau élastomère comme le caoutchouc par exemple, qui présentent une section droite uniforme et homogène, ainsi qu'un état de surface lisse dépourvu d'aspérités apparentes. Selon un second mode de réalisation illustré schématiquement à la figure 2, la source 10 qui émet des ultrasons n'est plus disposée suivant l'axe d'écoulement du matériau Plus précisément, il est prévu au moins deux sources 10 émettrices d'ultrasons qui sont par exemple disposées radialement de part et d'autre de la tête d'extrusion 5 et, en amont de la filière 8 Chaque source est constituée de plusieurs plaques l Oa en céramique piézoélectrique accollées les uns aux autres avec interposition de plaques métalliques l Ob reliées à un circuit d'excitation 11 Les ultrasons émis par chaque source 10 se propagent suivant une direction radiale, par rapport au sens d'écoulement du matériau, au travers d'un guide d'ondes 13 fixé, à une extrémité, à la tête d'extrusion 5 Il en résulte que ces ultrasons sont ensuite propagés par la tête 5 jusqu'à la filière 8 suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau La filière 8 est ainsi mise en vibration pour obtenir globalement les mêmes résultats que ceux procurés dans le premier mode de réalisation précité. Comme précédemment, il est prévu une pièce d'isolation acoustique 12 montée en bout du corps 2 de l'extrudeuse et qui est reliée à la tête d'extrusion 5, cette dernière formant un élément de couplage intermédiaire pour propager les ultrasons jusqu'à la filière 8. D'une manière préférentielle, on prévoit au moins trois sources 10 d'émission d'ultrasons régulièrement réparties radialement autour de la tête d'extrusion 5 et en amont de la filière 8 Ces sources 10 peuvent être avantageusement situées à une distance de la filière 8 telle que l'on obtienne un maximum d'amplitude de vibration au niveau de la section de passage 8 a de la filière 8, cette distance étant fonction de la fréquence et de la phase d'excitation des sources 10. Enfin, pour améliorer encore l'écoulement du matériau au travers de la filière 8, on peut envisager un déphasage approprié entre les sources 10, de façon à créer une onde de propagation hélicoïdale des ultrasons capable de diminuer les forces de frottement d'une manière quasiment uniforme tout autour et tout au long de la section de passage 8 a de la filière 8. Un troisième mode de réalisation dérivé du précédent est illustré sur la figure 3 avec quatre sources 10 émettrices d'ultrasons réparties régulièrement autour de la tête d'extrusion 5 et en amont de la filière 8, en considérant le sens d'écoulement du matériau. Selon ces deux derniers modes de réalisation, la transmission des ultrasons s'effectue par l'intermédiaire des guides d'ondes 13 et de la tête d'extrusion 5, cette dernière formant le support de l'outil. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux deux modes de réalisation précédemment décrits, des variantes pouvant être envisagées pour mettre en oeuvre la méthode selon l'invention qui consiste essentiellement à transmettre des ultrasons jusqu'à un outil, tel qu'une filière d'extrusion ou une buse d'injection, suivant un axe parallèle à l'écoulement d'un matériau élastomère au travers de la section de passage de l'outil pour la fabrication de tubes et de profilés en caoutchouc par exemple. REVENDICATIONS 1 Méthode pour faciliter l'écoulement d'un matériau élastomère au travers d'un outil, tel que la filière d'une machine à extruder ou la buse d'une presse à injecter par exemple, du type consistant à utiliser les ultrasons propagés à partir d'au moins une source émettrice d'ultrasons placée à proximité de l'outil, caractérisée en ce qu'elle consiste à propager les ultrasons jusqu'à l'outil suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau au travers de l'outil. 2 Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle consiste à disposer la source émettrice d'ultrasons en amont de l'outil, en considérant le sens d'écoulement du matériau. 3 Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle consiste à placer la source émettrice d'ultrasons à une distance de l'outil telle que l'on obtienne un ventre de vibration au niveau de la section de passage de l'outil. 4 Méthode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle consiste à utiliser plusieurs sources émettrices d'ultrasons et à créer des déphasages tels entre lesdites sources, que l'on obtient une onde de propagation hélicoïdale autour de la section de passage de l'outil. Système de mise en oeuvre de la méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour faciliter l'écoulement d'un matériau élastomère au travers d'un outil, tel que la filière d'une machine à extruder ou la buse d'une presse à injecter par exemple, du type comprenant au moins une source émettrice dïultrasons à partir d'un matériau piézoélectrique, caractérisé en ce que ladite source ( 10) est associée à au moins un élément ( 5; 13,5) destiné à propager les ultrasons jusqu'à l'outil ( 8) suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau au travers de la section de passage ( 8 a) de l'outil ( 8). 6 Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la source ( 10) émettrice d'ultrasons est alignée suivant l'axe d'écoulement du matériau est montée en amont de l'outil, en considérant le sens d'écoulement du matériau, et est fixée au support ( 5) de l'outil qui constitue ledit élément de propagation des ultrasons. 7 Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite source ( 10) est constituée à partir d'au moins un disque (l Oa) constitué en une céramique piézoélectrique bordée par deux disques métalliques (l Ob) reliés à un dispositif d'excitation ( 11). 8 Système selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la distance entre la source ( 10) et l'outil ( 8) est telle que l'on obtient un maximum d'amplitude des vibrations au niveau de la section de passage ( 8 a) de l'outil ( 8). 9 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sources ( 10) émettrices d'ultrasons radialement régulièrement réparties autour de l'outil ( 8) et en amont de celui-ci, en considérant le sens d'écoulement du matériau, chaque source ( 10) propageant des ultrasons, suivant une direction radiale par rapport à l'axe d'écoulement du matériau, au travers d'un guide d'ondes ( 12) jusqu'au support ( 5) de l'outil, celui- ci propageant ensuite des ultrasons jusqu'à l'outil ( 8) suivant une direction parallèle à l'axe d'écoulement du matériau au travers de la section de passage ( 8 a) de l'outil ( 8), les guides d'ondes ( 13) et le support ( 5) de l'outil formant ledit élément de propagation des ultrasons. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distance entre les sources ( 10) émettrices d'ultrasons et l'outil ( 8), est telle que l'on obtient un maximum d'amplitude des vibrations au niveau de la section de passage ( 8 a) de l'outil ( 8), distance qui est fonction de la fréquence et de la phase d'excitation des sources ( 10). 11 Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois sources ( 10) émettrices d'ultrasons, et en ce qu'un déphasage est créé au niveau desdites sources pour produire une onde de propagation hélécoïdale des vibrations se propageant tout au long et autour de la section de passage ( 8 a) de l'outil ( 8). 12 Machine, telle qu'une extrudeuse, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système tel que défini dans l'une quelconque des revendications 5 à 11, ledit système étant supporté par la tête d'extrusion de la machine.