Brevet FR2976840A1 — publié le 20121228

DISPOSITIF ET METHODE DE REGULATION D'UN MOYEN D'EXTRUSION [001] L'invention concerne le domaine de l'extrusion des mélanges d'élastomères plus particulièrement destiné à la fabrication des pneumatiques. [2] De manière connue, la fabrication des profilés formant les pneumatiques fait largement appel à des moyens d'extrusion qui ont pour fonction de produire des bandes de caoutchouc selon un profil déterminé. Ces moyens sont formés d'un corps, et d'une vis montée à rotation dans ledit corps. [3] La forme du corps et de la vis sont agencés de sorte que, la mise en rotation de la vis a pour effet de fournir un travail mécanique au mélange dans le but d'en accroître la fluidité d'une part, et de propulser ledit mélange vers une filière d'extrusion dans le but de conférer un profil déterminé au produit extrudé d'autre part. [004] La configuration des filières d'extrusion a fait l'objet de développements multiples et aujourd'hui largement diffusés dans l'industrie. L'invention s'intéresse plus particulièrement aux moyens d'extrusion du type nez à rouleau, dans lesquels la filière d'extrusion comprend une lame profilée collaborant avec un rouleau cylindrique dont l'axe est perpendiculaire à la direction de sortie du produit de la filière. [005] Pour obtenir un profil aussi précis et constant que possible, toutes sortes de moyens de régulation ont été proposés, faisant intervenir des boucles de régulation combinant les paramètres les plus pertinents susceptibles de faire varier la qualité du profil par rapport à des valeurs de consigne mesurées sur le produit sortant. Il est ainsi possible d'agir sur la pression dans la voûte de sortie en amont de la filière, sur la vitesse de rotation de la vis, sur la température du mélange d'élastomère, en fonction de l'épaisseur du produit en sortie de filière, ou encore du poids linéaire de ce produit mesuré en aval du dispositif d'extrusion. [6] La bande continue sortant du moyen d'extrusion peut être, au choix de l'industriel, utilisée directement pour alimenter un dispositif placé en aval des moyens d'extrusion ou encore enroulée sur des moyens de stockage en vue d'une utilisation ultérieure. [7] Un des problèmes posé par l'utilisation d'un dispositif d'extrusion couplé plus ou moins directement avec un dispositif aval destiné à mettre en oeuvre la bande continue, tel que par exemple un moyen d'assemblage, réside dans le fait que le débit du moyen d'extrusion devient plus ou moins dépendant du débit du dispositif de mise en oeuvre. [8] Il en résulte des variations importantes de débit pouvant aller de l'arrêt total jusqu'à la sollicitation de l'installation d'extrusion à son débit nominal. Cette difficulté est augmentée de la contrainte de devoir générer également un produit de profil constant pendant les phases de montée ou de baisse de consommation. [9] Ce problème est résolu, en règle générale, en disposant des moyens intermédiaires de compensation destinés à rendre les dispositifs amont et aval aussi indépendants l'un de l'autre de manière, à conserver un débit de fonctionnement des moyens d'extrusion aussi proche que possible du débit optimum pour ne pas perturber les réglages des paramètres cités ci-dessus. [10] L'invention a pour objet de proposer une méthode de régulation du dispositif d'extrusion permettant de fournir une bande continue de produit extrudé de profil constant, quelle que soit la vitesse de consommation du produit par un dispositif aval. [011] Cette méthode prévoit que la vitesse de rotation de la vis est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du rouleau. [12] La valeur de consigne du coefficient de proportionnalité entre la vitesse de rotation du rouleau et la vitesse de rotation de la vis est déterminée expérimentalement pour chaque couple formé d'une lame profilée associée à un mélange d'élastomère, de manière à obtenir une bande de produit extrudé dont le profil est sensiblement constant. [013] Si l'on désire augmenter le degré de précision, on pourra utilement : mesurer en sortie de filière l'épaisseur du produit profilé et, ajuster la valeur de consigne du coefficient de proportionnalité reliant la vitesse de rotation de la vis et la vitesse de rotation du rouleau, en fonction de l'épaisseur du profilé, de manière à ramener l'épaisseur mesurée à une valeur de consigne de ladite épaisseur. [14] Pour améliorer la dynamique de réponse de la boucle de régulation intégrant l'épaisseur, on pourra utilement ajuster le coefficient de proportionnalité à l'aide d'un facteur de correction de sorte que le coefficient de proportionnalité corrigé soit égal au produit de la correction par la valeur de consigne du coefficient de proportionnalité. [015] Pour encore plus de précision ou pourra avantageusement : mesurer la température du mélange dans la filière d'extrusion et, - ajuster la valeur de consigne de l'épaisseur en fonction de ladite température. [016] L'invention comprend également un dispositif d'extrusion comprenant des moyens de régulation aptes à mettre en oeuvre la méthode énoncée ci-dessus. [017] Préférentiellement, ce dispositif comprend des moyens de mesure de l'épaisseur du produit profilé disposés juste en sortie de la filière d'extrusion. [18] Préférentiellement, ce dispositif comprend des moyens de mesure de la température du mélange disposés juste en aval de la filière d'extrusion. [19] Avantageusement ou pourra combiner le dispositif d'extrusion et un moyen d'assemblage de sorte que le rouleau formant la filière d'extrusion soit directement en contact avec la surface de réception destinée à recevoir le produit profilé. [20] La description qui suit s'appuie sur la figure 1 qui représente de manière schématique un dispositif d'extrusion, et les boucles de régulation utilisées pour mettre en oeuvre la méthode selon l'invention. [021] Les moyens d'extrusion représentés à la figure 1, comprennent une vis 2 animée en rotation par un moteur (non représenté) dans un corps cylindrique 1. En aval de la vis, la filière d'extrusion 5 est formée par l'entrefer entre une lame profilée 4 et un rouleau 3 animé également en rotation. [22] Un moyen de mesure détermine à chaque instant la vitesse de rotation du rouleau, S2.1e., et transmet cette information à la commande de pilotage de la vitesse de la vis, de sorte que, à tout instant, la vitesse de rotation de la vis SZvls , soit égale au produit de la vitesse de rotation du rouleau S2.ie. par un coefficient de proportionnalité K prédéterminé, telle que S iS = K* S2.ie.. [23] La vitesse de rotation du rouleau correspond sensiblement à la vitesse de sortie du produit. Il devient donc possible de faire varier le débit massique sortant de l'extrudeuse proportionnellement à la vitesse de sortie, de sorte que la section du profilé extrudé reste constante. La vitesse de sortie peut alors être modifiée à volonté depuis une valeur nulle jusqu'à une valeur nominale, sans altérer la géométrie du produit. [24] En pratique, être fonctionnalité s'avère très utile lorsque, comme cela a été exposé ci-dessus, les moyens d'extrusion sont reliés directement à un processus aval qui peut connaître des variations de débit importantes. Cette méthode de régulation permet d'éliminer les compensateurs ou autres boucles tampons généralement placées entre l'extrudeuse et le dispositif aval. [25] Bien évidemment, on s'attachera à limiter les temps d'arrêt prolongés de manière à éviter que le mélange présent dans le corps de l'extrudeuse ne subisse les effets d'un séjour à température élevée, et voit ses propriétés rhéologiques modifiées par une amorce de vulcanisation. [26] On peut ainsi prévoir de faire collaborer directement le rouleau 3 avec la surface de réception 6 sur laquelle le produit P est destiné à être enroulé. Dans cette configuration, le rouleau 3 sert également de rouleau d'applique de la bande de produit extrudé sur la surface de réception. Cet agencement peut s'avérer particulièrement avantageux lorsque l'on cherche, selon l'exemple illustré à la figure 1, à enrouler une bandelette de gomme de section constante par trancanage de manière à reconstituer une section finale sur une surface de réception telle qu'un tambour d'assemblage. [027] Comme cela a été indiqué plus haut, la valeur du coefficient de proportionnalité K est déterminée expérimentalement pour chaque lame profilée et pour chacun des mélanges utilisés avec cette lame. Il est spécifique également à un dispositif d'extrusion. Pour ce faire, on sélectionne une vitesse du rouleau et on détermine la vitesse vis nécessaire pour obtenir un profilé de la section désirée. On observe que ce coefficient de proportionnalité est sensiblement constant sur la plage de fonctionnement normal du dispositif d'extrusion. [28] En effet, de légères variations du coefficient de proportionnalité peuvent être observées en fonction du débit, en raison des variations de pression dans la voûte en amont de la filière d'extrusion qui évolue en fonction du débit d'écoulement. Cette variation peut être appréciée pendant la phase d'apprentissage et de détermination expérimentale du coefficient de proportionnalité. [29] Pour corriger ces erreurs de linéarité, il est possible d'introduire une deuxième boucle de régulation en mesurant l'épaisseur e du profilé directement en sortie de la filière d'extrusion, de façon à modifier la valeur de consigne du coefficient de proportionnalité Keonslgne , en fonction d'une valeur de consigne econslgne de l'épaisseur. [30] A cet effet, le dispositif d'extrusion peut comprendre des moyens de mesure de l'épaisseur 7. Préférentiellement ces moyens seront du type sans contact tels que des moyens de mesure utilisant des éclairages laser. [31] La boucle de correction calcule alors un coefficient de correction cor du coefficient de proportionnalité. Cette valeur est introduite dans la boucle de régulation de la vitesse vis S2vis , de sorte que la valeur du coefficient de proportionnalité corrigé Kcor est obtenu par la relation Keor = cor * Keonsigne . La vitesse vis s'obtient par la relation vis Kcor rouleau -cor Kconsigne rouleau [32] Le suivi de l'écart entre l'épaisseur mesurée e et l'épaisseur de consigne eeonsigne est opéré par un régulateur de type PID conventionnel. [33] Pour une plus grande précision, on pourra modifier la valeur de l'épaisseur de consigne eeonsigne en fonction de la température du produit P en sortie de filière. En effet, le retrait du mélange peut varier en fonction de la température, et il peut s'avérer utile d'adapter l'épaisseur visée en fonction de ce dernier paramètre. La relation entre la valeur de consigne de l'épaisseur eeonsigne et la température en °C est fournie par une table de correspondance introduite préalablement dans la boucle de régulation de l'épaisseur. [34] A cet effet, le dispositif d'extrusion peut comprendre des moyens 8 de mesure de la température du produit P sortant. [35] Bien que la méthode et le dispositif selon l'invention décrits ci-dessus, concernent plus particulièrement la mise en oeuvre de produits à base d'élastomère destinés à la fabrication de pneumatique, il est tout a fait possible de reproduire les enseignements de la présente description dans toute sorte d'industrie dans laquelle se posent des problèmes de ligne d'extrusion couplée a un dispositif aval qui impose son débit. REVENDICATIONS1) Méthode de régulation d'une extrudeuse destinée à la fabrication d'une bande continue de produit profilé (P), comprenant une vis (2) animée en rotation dans un corps (1) fixe, et dont la filière d'extrusion (5) comprend une lame profilée (4) solidaire du corps de l'extrudeuse, et un rouleau cylindrique (3) animé en rotation dont l'axe est perpendiculaire à la direction de sortie du produit de la filière caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la vis (SZvls ) est directement reliée à la vitesse de rotation du rouleau (S2,ro ,.) par un coefficient de proportionnalité (S is = K* S2rouleQU ) 2) Méthode de régulation selon la revendication 1, dans laquelle la valeur de consigne (K.slgne ) du coefficient de proportionnalité reliant la vitesse de rotation de la vis (Skis ) et la vitesse de rotation du rouleau (SL,.) est déterminée expérimentalement pour chaque association d'une lame profilée avec un mélange d'élastomère. 3) Méthode de régulation selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle - on mesure en sortie de la filière d'extrusion (5) l'épaisseur (e) du produit profilé (P), - on ajuste la valeur de consigne (K.slgne ) du coefficient de proportionnalité (K ) reliant la vitesse de rotation de la vis (S~vls ) et la vitesse de rotation du rouleau (SL,.) en fonction de l'épaisseur (e) du profilé (P), de manière à ramener l'épaisseur mesurée (e) à une valeur de consigne (e.slgne) de ladite épaisseur. 4) Méthode de régulation selon la revendication 3 dans laquelle on ajuste le coefficient de proportionnalité (K) à l'aide d'un facteur de correction (cor) de sorte que le coefficient de proportionnalité corrigé (KeON) est égal au produit de la correction (cor ) par la valeur de consigne (K.slgne ) du coefficient de proportionnalité (Kea, = cor * Keonslgne ). 5) Méthode de régulation selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle on mesure la température (°C) du mélange dans la filière d'extrusion (5) et, on ajuste la valeur de consigne de l'épaisseur (e.slgne) en fonction de ladite température. 6 6) Méthode de régulation selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle le produit profilé est constitué d'un mélange à base d'élastomère. 7) Dispositif d'extrusion destiné à la fabrication d'un produit profilé, comprenant une vis (2) animée en rotation dans un corps fixe (1), et dont la filière de sortie (5) comprend une lame profilée (4) solidaire du corps de l'extrudeuse, et un rouleau cylindrique (3) animé en rotation dont l'axe est perpendiculaire à la direction de sortie du produit de la filière caractérisé en ce que il comprend des moyens de régulation aptes à mettre en oeuvre une méthode selon l'une des revendications 1 à 5. 8) Dispositif d'extrusion selon la revendication 7, comprenant des moyens de mesure 10 de l'épaisseur (7) du produit profilé disposés juste en sortie de la filière d'extrusion (5). 9) Dispositif d'extrusion selon la revendication 7, comprenant des moyens de mesure de la température (8) du produit profilé (P) disposés juste en aval de la filière d'extrusion (5). 10) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel le rouleau (3) est 15 directement en contact avec une surface de réception (6) destinée à recevoir le produit profilé (P).