Brevet FR2729099A1 — publié le 19960712

t Dispositif séparateur pour matière plastique s La présente invention a pour objet un dispositif séparateur, à utiliser en amont d'une filière d'extrusion pour matière plastique, constitué d'un cylindre dans lequel tourne une vis d'entraînement pour entraîner la matière plastique à travers un filtre comportant des orifices calibrés de manière à séparer d'un côté la matière visqueuse chauffée ainsi filtrée et destinée à la filière d'extrusion, et de l'autre côté les matières solides et/ou impuretés indésirables qui sont arrêtées par les orifices calibrés. Toutes sortes de matières plastiques sont aujourd'hui bien connues et elles sont utilisées comme matière première pour la fabrication d'objets d'une grande diversité utilisés aussi bien dans le grand public que dans l'industrie. Une des techniques connues de fabrication de pièces en matière plastique s'appelle l'extrusion ; elle utilise notamment des polymères, hauts polymères, et élastomères qui sont rendus liquides par chauffage avant d'être contraints à passer dans une filière où ils prennent la forme voulue pour ensuite conserver cette forme après refroidissement ; la matière première utilisée pouvant malheureusement comporter des impuretés ou manquer d'homogénéité, il est connu de malaxer la matière première fondue et de la filtrer dans un dispositif connu sous le nom de t hachoir à viande car il comporte un filtre dont la dis position est similaire à savoir qu'il a la forme d'un disque percé par une pluralité d'orifices calibrés pour arrêter les impuretés ; ce disque-filtre étant disposé en travers du cylindre dans lequel la matière plastique est entraînée et mise sous pression par une vis, il est clair qu'après un certain temps d'utilisation les orifices se bouchent les uns après les autres et il convient de prévoir un système de nettoyage et/ou de remplacement du filtre sous peine d'encrasser définitivement la machine ; bien entendu, pour ce faire, on peut arrêter la production et démonter le filtre pour le changer, mais on a aussi pensé à fabriquer des dispositifs automatiques de changement du filtre capables de fonctionner sans devoir arrêter la production ; dans les deux cas, la solution retenue est chère, ou peu pratique, et antiéconomique. La présente invention a pour but de proposer un nouveau filtre agencé de manière à être autonettoyant et ainsi ne plus présenter les inconvénients des dispositifs connus. Selon la présente invention, un dispositif séparateur du type précédemment défini est particulièrement remarquable en ce que : - une partie du cylindre est un manchon, ou chemise, entouré par une chambre cylindrique, et - en ce que c'est le manchon qui comporte les orifices calibrés lesquels sont disposés radialement et débouchent dans la chambre cylindrique où s'écoule la matière filtrée. Ainsi le sens d'écoulement de la matière plastique dans le cylindre qui, avec les dispositifs connus, était uniquement axial, est maintenant séparé, dans le dispositif conforme à l'invention, en deux courants à savoir un courant radial correspondant à la matière filtrée utilisable et un courant axial suivant lequel les matières solides et/ou impuretés indésirables sont entraînées vers l'extrémité du cylindre puisqu'elles ne peuvent pas passer à travers les orifices calibrés malgré la très forte pression exercée par la vis d'entraînement sur la matière visqueuse. Avantageusement, la vis d'entraînement, au moins dans sa partie disposée en vis-à-vis des orifices calibrés du manchon, est une hélice dont le filet est profond et dont le bord extérieur du filet de l'hélice est coupant pour, le cas échéant, couper toute particule ne pouvant pas pénétrer plus avant dans un des orifices calibrés du manchon. Ainsi, une particule qui pourrait avoir une forme effilée, par exemple conique, pourrait commencer à pénétrer dans un orifice calibré, puis être bloquée sans pouvoir pénétrer plus avant du fait des diamètres respectifs de la particule et de l'orifice, c'est d'ailleurs ce phénomène qui provoque l'encrassement des filtres connus mais ici, grâce à l'agencement proposé par la présente invention, la particule est coupée par l'effet de cisaille exercé par le filet de l'hélice de sorte que la partie la plus volumineuse de l'impureté est entraînée vers l'extré- mité du cylindre alors que la petite partie de la particule qui était déjà engagée dans l'orifice calibré est maintenant libérée et peut traverser sans encombre l'orifice calibré puisqu'elle ne constitue plus une impureté gênante du fait de sa dimension réduite.Bien entendu, le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du filet de l'hélice sont ajustés l'un par rapport à l'autre en vue d'obtenir le meilleur effet coupant possible et ainsi rendre le dispositif autonettoyant. En effet il est maintenant clair que le filtre cylindrique conforme à l'invention coopère avec la vis d'entraînement pour permettre un autonettoyage du filtre par l'effet du raclage permanent de la surface d'entrée des orifices calibrés par le bord extérieur coupant du filet de l'hélice. Selon l'invention, l'extrémité axiale du cylindre située au bout de la vis constitue un espace de stockage temporaire pour les impuretés ou particules non fondues ; ceci résulte de la nouvelle disposition du filtre puisque les impuretés n'ont pas d'autre endroit où aller et que l'on ne saurait laisser l'extrémité du cylindre ouverte sous peine de ne plus avoir aucune pression et donc de ne plus effectuer aucun filtrage ; préférentiellement, l'espace de stockage temporaire est muni d'un dispositif de purge actionnable à la demande de manière à évacuer les impuretés lorsque cela devient nécessaire ; selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de purge est un piston disposé coaxial avec la vis et manoeuvrable pour dégager ou non un orifice latéral de purge dont la dimension est sensiblement supérieure à celle des orifices calibrés du manchon ; la manoeuvre du piston peut s'effectuer au moyen d'un vérin hydraulique ou pneumatique qui fournit la force importante nécessaire pour la course de retour du piston laquelle s'effectue à l'encontre de la pression exercée par la vis d'entraînement de la matière plastique ; d'autres agencements sont bien sûr envisageables du moment que le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière recherchée c'est-à-dire avec des effets combinés de filtrage et d'autonettoyage réalisés en continu et en combinaison avec une purge des impuretés ; ainsi l'ensemble peut fonctionner sans jamais nécessiter aucun arrêt de la production. La présente invention sera bien comprise au vu de la description non limitative d'un exemple de réalisation illustré par le dessin ci-joint sur lequel est représenté un dispositif séparateur conforme à l'invention. Sur la figure unique est représenté un dispositif séparateur 1 conforme à l'invention ; de manière con nue, ce dispositif séparateur comporte d'une part une vis d'entraînement 10 qui tourne dans un cylindre 20 pour entraîner, de gauche à droite sur cette figure, une matière plastique 15 en provenance d'un dispositif d'alimentation non représenté ; le dispositif d'alimentation comporte un système de chauffage connu qui coopère avec l'amont 11 de la vis d'entraînement 10 pour rendre la matière plastique suffisamment liquide ou plutôt visqueuse, pour homogénéiser la matière, et le cas échéant la dégazer ; le traitement d'homogénéisation, de chauffage et de dégazage d'une matière plastique est connu et ne sera donc pas décrit ici selon l'invention, le cylindre 20 comporte un manchon 22, ou chemise, entouré par une chambre 21 ; cette chambre est de forme cylindrique et elle comporte un orifice de sortie 23 ; ainsi que représenté, le manchon 22 comporte une multitude d'orifices calibrés 29 qui sont disposés radialement et mettent donc en communication l'intérieur du cylindre 20 et la chambre cylindrique 21 ; les orifices calibrés 29 sont de préférence cylindriques et leur diamètre est choisi en fonction des impuretés et de la matière plastique à filtrer, ce diamètre peut par exemple varier de 0,2 mm à 2 mn et le choix du nombre d'orifices dépend par exemple de la section de passage désirée en vue d'un débit de matière plastique filtrée en correspondance notamment avec le profil de la filière d'extrusion à utiliser. Dans la majorité des cas, la vis tourne par rapport au cylindre qui reste fixe ; mais cette rotation relative pourrait également se faire avec une vis restant fixe.L'extrémité avant 12 de la vis d'entraînement 10 est constituée par une hélice dont la forme, préférentiellement selon l'invention, est différente de la forme connue de la vis d'entraînement 10 telle qu'ici représentée dans sa partie amont il ; l'hélice 12 comporte des filets avec un fond 14 creusé et dont le bord 13 est coupant ; le profil peut être voisin de celui d'un foret ; de plus le diamètre intérieur du manchon 22 et le diamètre extérieur du filet de l'hélice 12 sont ajustés l'un par rapport à l'autre en vue d'obtenir le meilleur effet coupant possible pour couper les particules ou impuretés qui ne peuvent pas pénétrer plus avant dans les orifices calibrés 29 et se trouvent donc bloquées à l'entrée de ces orifices calibrés 29 ce qui évidemment encrasse le filtre constitué par le manchon 22 ; l'extrémité avant du cylindre 20 constitue un espace de stockage temporaire 24 dans lequel s'accumulent les impuretés et autres matières n'ayant pas pu passer par un des orifices calibrés 29 ; il convient donc d'éliminer périodiquement ces déchets, c'est pourquoi un dispositif de purge a été prévu ; à titre d'exemple, un dispositif de purge est représenté sur la figure, il comporte un piston de purge 25 qui masque ou dévoile à la demande un orifice de purge 26 ; le piston de purge 25 est par exemple manoeuvré par un piston de vérin 52 logé dans un vérin 51 lui-même commandé par un dispositif de commande du vérin de purge 50 ; il est clair que d'autres dispositifs de purge actionnables à la demande peuvent être envisagés pour purger périodiquement l'espace de stockage temporaire 24. Le dispositif séparateur 1 qui a été décrit fonctionne de la manière suivante, sachant qu'il est installé de manière opérationnelle entre un dispositif d'alimentation, de chauffage, d'homogénéisation, de dégazage, etc situé en amont du dispositif séparateur 1, et une filière d'extrusion connectée à l'orifice de sortie 23 pour extruder la matière plastique filtrée par le dispositif séparateur 1 ; la matière plastique visqueuse 15 est enfermée dans les filets de la vis d'entraînement 10 et est entraînée vers l'extrémité, de droite sur la figure, du cylindre 20 ; l'action de la vis d'entraînement 10 engendre une pression très importante dans le cylindre 20 ce qui oblige la matière visqueuse à pénétrer dans les orifices calibrés du manchon 22 et à déboucher ainsi dans la chambre cylin drique 21 d'où elle peut sortir par l'orifice de sortie 23 ; la matière plastique ayant pénétrée dans la chambre cylindrique 21 est une matière plastique filtrée et homogénéisée qui convient bien pour le processus d'extrusion; par contre, toutes les particules infondues, et les particules solides supérieures en dimension aux orifices calibrés 29 du manchon 22 sont emprisonnées dans les filets et entraînées par l'hélice 12 vers l'espace de stockage temporaire 24 ; bien entendu les particules de petite dimension essayent de pénétrer à travers les orifices calibrés 29 mais si leur dimension ne le permet pas, elles se retrouvent bloquées et elles provoquent un commencement d'encrassage du dispositif ; à ce moment le bord coupant 13 du filet de l'hélice 12 passe devant l'orifice calibré 29 dont l'entrée est obstruée et coupe la particule indésirable ; simultanément la vis entraîne toutes les impuretés ce qui revient à dire que le dispositif de l'invention est autonettoyant. Après un certain temps d'utilisation, de nombreuses impuretés ou particules ont pu s'accumuler dans l'espace de stockage temporaire 24 et il convient alors d'activer le dispositif de commande de purge 50 lequel, au moyen du vérin hydraulique ou pneumatique 51, déplace le piston du vérin 52 solidaire du piston de purge 25 pour démasquer momentanément l'entrée de l'orifice de purge 26 ; ainsi sous l'effet de la pression qui règne dans le cylindre 20 les impuretés accumulées dans l'espace 24 sont purgées à travers l'orifice 26 et on peut alors manoeuvrer en sens inverse le piston du vérin 52 pour masquer à nouveau l'orifice de purge 26 tout en continuant normalement le processus d'extrusion avec un dispositif séparateur 1 autonettoyant qui reste ainsi propre et opérationnel en permanence. Le dispositif de purge décrit ci-dessus peut être commandé par le vérin hydraulique, pneumatique ou un moyen mécanique avec asservissement sur la pression interne dans la chambre 24 notamment d'une manière séquentielle. Comme on peut le constater, la figure ci-jointe représente un dispositif séparateur réel en ce sens que la figure est sensiblement à l'échelle 1 ; toutefois il clair que c'est plutôt un schéma de principe puisque, tel que représenté, le manchon 22 n'est pas démontable et que le système de commande de purge est illustré de manière symbolique. De manière non limitative on peut, pour fixer les idées, indiquer que le diamètre du cylindre, c'est-àdire aussi le diamètre de l'hélice, est de l'ordre de 40 tritri, le diamètre du fond des filets de l'hélice est de l'ordre de 25 mm et la longueur du manchon est d'environ 60 mm toutes ces dimensions étant bien entendu à adapter en fonction des circonstances particulières, par exemple : nature de la matière plastique, degré de filtrage désiré, débit souhaité pour la filière d'extrusion, etc L'homme du métier pourra bien entendu adapter le dispositif sans pour autant sortir de son cadre défini par les revendications ci-après. L'usage d'un séparateur selon l'invention n'est pas réservé à l'extrusion de matières plastiques. Il peut également trouver des applications dans l'industrie utilisant les liquides, les matières viscoélastiques par exemple. REVENDICATIONS 1) Dispositif séparateur, à utiliser en amont d'une filière d'extrusion pour matière plastique, constitué d'un cylindre (20) dans lequel tourne une vis d'entraî- nement (10) pour entraîner la matière plastique à travers un filtre comportant des orifices calibrés de manière à séparer d'un côté la matière visqueuse chauffée ainsi filtrée et destinée à la filière d'extrusion, et de l'autre côté les matières solides et/ou impuretés indésirables qui sont arrêtées par les orifices calibrés, caractérisé en ce que - une partie du cylindre est un manchon (22), ou chemise, entouré par une chambre cylindrique (21), et - en ce que c'est le manchon (22) qui comporte les orifices calibrés (29) lesquels sont disposés radialement et débouchent dans la chambre cylindrique où s'écoule la matière filtrée. 2) Dispositif séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis d'entraînement, au moins dans sa partie (12) disposée en vis-à-vis des orifices calibrés (29) du manchon, est une hélice dont le filet (14) est profond et dont le bord extérieur (13) du filet de l'hélice est coupant pour, le cas échéant, couper toute particule ne pouvant pas pénétrer plus avant dans un des orifices calibrés du manchon. 3) Dispositif séparateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du filet de l'hélice sont ajustés l'un par rapport à l'autre en vue d'obtenir le meilleur effet coupant possible et ainsi rendre le dispositif autonettoyant. 4) Dispositif séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité axiale du cylindre (24) située au bout de la vis constitue un espace de stockage temporaire pour les impuretés ou particules non fondues. 5) Dispositif séparateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace de stockage temporaire est muni d'un dispositif de purge (25, 26) actionnable à la demande (50, 51). 6) Dispositif séparateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de purge est un piston (25) disposé coaxial avec la vis et manoeuvrable pour dégager ou non un orifice latéral de purge (26) dont la dimens ion est sensiblement supérieure à celle des orifices calibrés du manchon. 7) Dispositif séparateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de purge (25) est commandé par un vérin hydraulique ou pneumatique ou par un moyen mécanique avec asservissement sur la pression dans la chambre (26) et suivant une commande séquentielle.