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Palier intérieur pour machines à vis.
L'invention concerne des machines à vis comportant un palier intérieur spécial pour l'arbre de la vis, qui élimine l'usure de vis montées en flottement dans des machines à vis comportant un ou plusieurs arbres.
Un ou plusieurs paliers fous supplémentaires sont agencés dans la machine à vis, qui maintiennent l'arbre de vis et qui sont agencés à distance du palier d'entraînement le long de l'arbre de vis, les paliers fous comprenant des coquilles de palier en deux ou en plusieurs pièces et des montures de palier en deux ou en plusieurs pièces.
Les arbres de vis de machines à vis de type de construction traditionnel sont souvent montés en flottement, c'est-à-dire unilatéralement, afin de pouvoir extruder et mettre en pellets le produit à convoyer ou à traiter par la machine à vis à l'extrémité, opposée au palier, de la machine à vis, et ceci sans être gêné par des agencements d'arbre, de joints d'étanchéité, etc. Dans ce cas, on utilise alors en supplément ce que l'on appelle des paliers auxiliaires le long de l'arbre. Ceux-ci résultent de la coopération des éléments de la vis, le plus souvent des éléments durcis à la périphérie, et le cas échéant de douilles de palier interchangeables également durcies avec un jeu de montage relativement important (également dénommées "inliner" ou "élément de doublage interne").
L'inconvénient, c'est que l'on doit régulièrement remplacer ces pièces, c'est-à-dire les éléments de vis et/ou les éléments de doublage, à cause d'une usure. Un inconvénient est le travail pour remplacer les pièces, l'arrêt des installations et la contamination du produit convoyé par une abrasion.
On connaît des machines à vis du type générique par exemple des documents US 4,124,306 ; 3,672,641 ; 0605781 Bl ou DE 1629136.
Il existe également des machines à vis montées bilatéralement. Dans ce cas, le deuxième palier est agencé à l'extérieur ou à l'extrémité de l'espace d'opération. Un avantage théorique de cet agencement est que dans le cas idéal, les éléments de vis ne touchent pas le boîtier ou les éléments de doublage et qu'ils ne sont donc pas soumis à une usure. En réalité, il se produit cependant ici également une usure des pièces
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déplacées à cause d'un fléchissement possible de l'arbre, en particulier en cas de longs arbres, qui est certes réduite mais qui n'est pas éliminée. Cet agencement présente également l'inconvénient que l'arbre doit être mené à travers la chambre d'extraction de produit.
Ici également se posent les problèmes d'une sortie de produit non désirée, des adhérences du produit de convoyage et la contamination du produit de convoyage, ce qui exige des étapes de nettoyage supplémentaires.
En variante, on doit réaliser l'étanchement de ce deuxième palier de manière très complexe, car en raison du procédé c'est à cet emplacement que règnent les pressions maximales. De plus, des travaux d'entretien sur des vis comportant deux paliers sont plus complexes. Des modifications au niveau de l'équipement de la vis exigent de démonter tout d'abord le deuxième palier, avant de pouvoir extraire l'arbre ou les éléments. De plus, dans ces modes de construction, il est désavantageux que l'on ne puisse plus choisir librement le dispositif de coupe pour les pellets. Dans le cas le plus simple, le couteau tourne à la vitesse de rotation de l'arbre (vitesse de rotation lente fixe), ou bien on peut réaliser une construction complexe pour pouvoir entraîner le couteau à une autre vitesse de rotation en règle générale plus élevée.
Ainsi, la structure de la machine à vis est encore plus compliquée.
Dans de telles vis, en fonction du type de construction, il se produit une usure soit sur les flancs de la vis soit sur le boîtier. Pour minimiser cette usure, les flancs de vis sont complètement ou partiellement durcis ou bien on utilise ce que l'on appelle des "inliners" ou éléments de doublage, c'est-à-dire des douilles interchangeables (paliers auxiliaires). Néanmoins, on doit remplacer ces pièces au bout d'une certaine durée de fonctionnement comparativement courte. Ceci est lié à des coûts élevés et à un travail important en raison des pièces d'échange spéciales avec un temps de démontage d'autant plus long. De plus, pendant cette période, la machine n'est pas disponible pour la production.
Pendant le fonctionnement, l'usure (par exemple une abrasion de métal) peut également mener à une contamination non désirée du produit, ce qui a des conséquences négatives considérables
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pour le produit final (un certain temps peut même s'écouler avant qu'on s'en aperçoive).
Le problème des paliers est important en particulier dans des machines à vis que l'on utilise pour la déshydratation de caoutchouc, car le caoutchouc ne fait pas office de lubrifiant en raison de son comportement cohésif (contrairement aux autres polymères qui sont liquéfiables à des températures plus élevées).
L'objectif sous-jacent à l'invention est de développer un nouveau palier pour des arbres de vis, qui ne présente pas les inconvénients des machines à vis connues. En particulier, à l'aide de la nouvelle machine à vis, on veut pouvoir séparer, par exemple lors du traitement de caoutchouc, les grumeaux de caoutchouc aqueux de l'eau adhérente par un pressage continu dans la vis, sans qu'il se présente dans ce processus une usure accrue et un raccourcissement de la durée de vie de la machine.
Pour pouvoir atteindre cet objectif dans la vis décrite ci-dessus avec une extraction libre (et un granulateur) tout en évitant les inconvénients, il importe de maintenir de façon ciblée un arbre de vis monté unilatéralement par introduction d'au moins un deuxième palier et d'éliminer ainsi l'usure, de prolonger considérablement la durée de vie de la machine et de réduire nettement le travail lié à un nettoyage de la machine, sans compromettre les autres avantages de cet agencement.
L'objet de l'invention est une machine à vis à un ou à plusieurs arbres, comportant au moins un ou plusieurs arbres de vis, un boîtier entourant, une entrée de produit, une sortie de produit, un moyen d'entraînement pour la rotation des arbres de vis, un palier d'entraînement, le cas échéant des ouvertures de sortie de liquides et le cas échéant une coupole à vapeur pour enlever des composantes volatiles, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs paliers fous supplémentaires sont agencés dans le boîtier, qui maintiennent l'arbre de vis et qui sont prévus à distance du palier d'entraînement le long de l'arbre de vis, les paliers fous comprenant une bague de palier, des coquilles de palier en deux ou en
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plusieurs pièces et des montures de palier en deux ou en plusieurs pièces.
Les montures de palier présentent un ou plusieurs passages pour le produit.
Lorsqu'il se présente une usure sur le palier lui-même, on peut réduire considérablement le temps de remplacement, conformément à l'invention, et minimiser les coûts, car les pièces d'échange peuvent être montées de façon moins complexe et plus rapide.
L'arbre de vis est monté dans la chambre d'opération. Ceci se fait par introduction d'un ou de plusieurs emplacements de montage sous forme de paliers dits fous présentant des jeux considérablement réduits. Ainsi, l'arbre est monté au moins deux fois avec tous les avantages mentionnés en introduction. Les bagues de palier sont fixées soit sur l'arbre de vis soit dans le boîtier de vis.
Selon un mode de réalisation préféré de la machine à vis, le palier fou est constitué par une bague de palier sur l'arbre de vis, par des coquilles de palier divisées, en particulier à titre de palier à glissement ou à roulement et par une monture de palier divisée qui est reliée au boîtier.
Selon une variante de réalisation de l'invention, le palier fou est constitué par une bague de palier divisée qui est reliée au boîtier, par des coquilles de palier divisées, en particulier à titre de palier à glissement ou à roulements et par une monture de palier divisée qui est reliée à l'arbre de vis.
Le palier a la tâche d'encaisser les forces de montage qui apparaissent, et de les transmettre dans le boîtier de vis, de procurer le cas échéant une déshydratation supplémentaire lorsque l'on utilise la machine à vis pour déshydrater par exemple du caoutchouc, en particulier lors de l'intégration d'un étage presseur "conique" dans la zone du passage de la monture de palier, et de maintenir constant le jeu des flancs.
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Le problème sous-jacent à l'invention est résolu en remplaçant sur l'arbre de vis une partie de l'équipement (élément de vis ou pièce intermédiaire, etc. ) par un "vrai" palier conforme à l'invention.
Ce palier peut être réalisé en particulier comme suit.
Les coquilles de palier sont réalisées en particulier sous' forme de palier à glissement ou de palier à roulements.
En tant que matériau pour le palier, on peut envisager entre autres un métal non ferreux, de la matière plastique ou de la céramique.
Le palier à roulements peut être un roulement à billes, à aiguilles ou à rouleaux cylindriques.
Selon un mode de réalisation préféré de la machine à vis, on peut prévoir dans la monture de palier ou dans la bague de palier, lorsqu'elles sont reliées au boîtier, une conduite d'amenée vers les coquilles de palier pour amener ou évacuer des substances de lubrification et/ou de rinçage.
À titre de lubrifiant, on peut prévoir en variante à l'eau de traitement, si nécessaire, des lubrifiants spéciaux qui sont insensibles à l'eau.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de la machine à vis, les coquilles de palier sont réalisées sous forme de demi-coquilles de palier.
Selon une variante de réalisation particulièrement préférée de la machine à vis, la monture de palier est réalisée en deux pièces.
Selon un autre mode de réalisation préféré de la machine à vis conforme à l'invention, on prévoit dans le boîtier une ou plusieurs zones de filtrage présentant des ouvertures de sortie pour la sortie de liquides, en particulier de l'eau de traitement.
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Selon une autre réalisation préférée de la machine à vis, pour capter le liquide de traitement, le boîtier est entouré à sa périphérie, au moins dans la région des zones de filtrage, par un collecteur pour le liquide sortant hors des zones de filtrage.
Le palier est relié à l'arbre ou au boîtier par exemple au moyen de ce que l'on appelle une roue à rayons. Le produit traverse le passage entre les rayons de manière connue sous une faible pression.
De préférence, on utilise à titre de palier un palier à glissement, à savoir pour les raisons suivantes : Le palier à glissement présente une faible profondeur de montage. Ceci est important lors du ré-équipement de machines existantes et lors de restrictions dues au procédé, comme de petites dimensions dans la chambre à produit ; des modifications de pression et/ou d'écoulement peuvent ne pas être désirées en raison du procédé.
La structure simple du palier à glissement permet un ré-équipement de machines existantes et le remplacement sans problème en cas d'endommagements (on utilise deux demi-coquilles, spécialement sur des machines dans lesquelles on peut ouvrir le boîtier par rabattement).
Grâce au renoncement d'un étanchement complexe et d'une lubrification supplémentaire, le palier à glissement est particulièrement avantageux. Le caoutchouc à titre de produit du procédé présente un effet non lubrifiant (un comportant cohésif à la place d'un comportement adhésif), contrairement à d'autres produits ; ici, la pénétration d'eau n'est pas désavantageuse. Par conséquent, on peut également utiliser de l'eau à titre de lubrifiant spécial. Celle-ci n'est pas nuisible en particulier lors de la déshydratation de caoutchouc, car l'eau ne se mélange pas avec le caoutchouc et peut sortir hors de la machine peu avant ou après l'emplacement de montage sans détériorer les performances de déshydratation de la machine.
Cependant, on peut également réduire de façon ciblée l'emplacement de passage du produit ; ainsi, on peut obtenir des effets de déshydratation désirés sur le plan du procédé à un seul et même emplacement (que l'on
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peut le cas échéant même régler depuis l'extérieur et pendant le fonctionnement). Ceci signifie qu'il n'est pas nécessaire de prolonger pour cela de façon inutile la vis, ce qui mènerait non seulement à des coûts supplémentaires, mais également à des problèmes accrus du palier (poids, longueur).
Le montage peut s'effectuer de façon simple, de préférence sur environ
2/3 de la longueur de la vis à cause du fléchissement de l'arbre, ou bien de façon multiple. Ceci peut se faire avec ou sans l'intégration d'emplacements de pressage (cônes).
L'élimination de défauts et d'inconvénients existants jusqu'à présent grâce à l'utilisation conforme à l'invention du palier fou procure les avantages suivants : On obtient le montage "classique" bilatéral (double).
Le montage à paliers fixe/fou s'effectue avec les tolérances habituelles (de montage).
Aucun étanchement dans la plage à haute pression n'est nécessaire.
On n'est pas obligé de renoncer à des granulateurs et à une extraction libre (puits de projection).
La solution est une solution rapportée sans risque, car les douilles restent tout d'abord installées, et des douilles de montage coûteuses sont superflues (donc des paliers de secours purs).
Le dispositif est considérablement moins coûteux à acquérir et à entretenir.
La sécurité de fonctionnement de la machine augmente (aucune contamination par une abrasion de métal hors des douilles).
On peut le cas échéant ré-équiper des machines anciennes.
Le dispositif peut être élargi vis-à-vis de sa fonction (cône fixe et variable, et rinçage de palier/lubrification et étanchement).
La vitesse périphérique dans la surface de glissement est réduite (parce que le montage a lieu sur le noyau de l'arbre et non pas sur le diamètre extérieur de la vis).
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On peut transposer l'invention sans problème à des machines à vis comportant deux arbres. Grâce à ceci, on peut apporter une solution à l'usure et aux problèmes techniques du procédé également dans des vis à deux arbres.
La réalisation des arbres de vis conformes à l'invention et de leurs pièces soumises à l'usure est moins coûteuse dans la zone des paliers, parce que l'on peut renoncer au revêtement dur complexe. L'invention permet une structure plus simple que l'utilisation des paliers connus jusqu'à présent, car le palier est bien accessible en particulier dans des boîtiers de vis ouvrant par rabattement.
Les machines à vis conformes à l'invention sont peu vulnérables aux perturbations grâce à une usure comparativement faible des paliers, ce qui mène à une faible abrasion du métal. Il en résulte une fiabilité accrue des machines à vis conformes à l'invention grâce à une durée de vie plus longue des machines.
On peut obtenir une meilleure qualité du produit en évitant l'abrasion du métal, car il n'y a pas de contamination du produit à convoyer ; en évitant un intervalle variable par rapport au boîtier sur un ou plusieurs cônes et au-dessous des flancs de la vis, la déshydratation d'un produit humide est plus régulière et l'endommagement thermique du produit, causé par les contraintes mécaniques (causées par des vitesses de cisaillement localement élevées), est réduit et la qualité est donc améliorée ; ce dernier aspect s'applique en particulier à des produits sensibles au cisaillement, tels que des caoutchoucs dits HIPS-BR (high impact polystyrène butadiene rubber) qui tendent par ailleurs à la gélification.
Les machines à vis peuvent être construites de la manière habituelle jusqu'à présent. Il n'est pas nécessaire de prévoir des matériaux particuliers (en ce qui concerne le matériau des paliers,il faut veiller le cas échéant à la vitesse périphérique maximale admissible ; celle-ci impose des limites à certains matériaux). En cas de boîtier de vis non divisé (ce que l'on appelle des expanseurs ou des vis à deux arbres), on
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doit réaliser des inserts correspondants, la vis et l'arbre étant introduits par exemple conjointement.
L'objet de l'invention est en outre l'application de la machine à vis conforme à l'invention à titre de vis de déshydratation pour des boues de caoutchouc, à titre d'extrudeuse, de presse continue, d'expanseur pour la déshydratation et/ou le séchage d'élastomères ou de caoutchouc ou à titre d'extrudeuse pour la fusion, le mélange, le séchage, le compoundage et le traitement ultérieur d'élastomères, de caoutchouc et de polymères thermoplastiques.
L'invention sera expliquée plus en détail dans ce qui suit en se rapportant aux figures montrent des exemples qui ne représentent cependant pas une limitation de l'invention.
Les figures montrent : figure 1, la coupe longitudinale schématique à travers une machine à vis à un seul arbre, comportant un palier fou ; figure 2, la coupe transversale à travers le dispositif de la figure 1, suivant la coupe A-A ; figure 3a, une coupe longitudinale à travers une machine à vis à un seul arbre dans la zone du palier conforme à l'invention ; et figure 3b, une coupe longitudinale à travers une machine à vis à un seul arbre dans la zone d'un palier conformé d'une autre manière.
Exemples La figure 1 montre une presse à vis 1 de mode de construction traditionnel, comportant un arbre de vis 2 et un boîtier 3. Le produit (boues de caoutchouc) entre au niveau de l'entrée de produit 4. La phase aqueuse quitte la vis au niveau des zones de filtrage ouvertes différentes 5 sur le chemin vers la plaque perforée 6. La substance solide reste dans l'intérieur et elle est transportée vers la plaque perforée 6 et extrudée au niveau de celle-ci à une haute pression. Grâce à la détente brusque lors de la sortie hors de la plaque perforée 6 jusque dans la chambre d'extraction, une partie de l'eau s'évapore, tandis que le
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caoutchouc est séché jusqu'à l'humidité finale dans des étapes successives du processus. Le premier palier (palier fixe 7) se trouve sur le côté de gauche (près de l'entraînement) de la vis 2.
Le deuxième palier (palier fou 8) est agencé dans la chambre d'opération sur environ
2/3 de la longueur d'arbre de la vis 2.
Les figures 2 et 3 montrent le palier fou 8 en détail. Le palier fou 8 (du type palier à glissement sur arbre) est constitué par une bague de palier
9 près de l'arbre, qui est montée fermement sur l'arbre 2 et qui tourne avec l'arbre 2, par les demi-coquilles de palier stationnaires 10 et par la monture de palier 11également divisée (réalisée en l'occurrence sous la forme d'une roue à rayons). Le palier 8 est protégé contre la pénétration de particules solides grossières par un joint d'étanchéité 12. En particulier lors de l'application pour la déshydratation de caoutchouc, il n'est pas absolument nécessaire d'empêcher la pénétration d'eau. Si nécessaire, ceci peut cependant se faire par un joint d'autant plus complexe.
La structure de la machine à vis 1 est telle que l'on peut ouvrir la machine 1 par rabattement du boîtier de filtrage 3. Le ou les paliers fous 8 sont ainsi accessibles de manière simple pour des travaux d'entretien ou de remplacement. La monture de palier 11comprend au moins deux rayons, mais elle peut comprendre également quatre rayons (comme illustré) ou six rayons (non illustrés) qui soutiennent l'arbre 2 par rapport au boîtier 3, et parmi ceux-ci deux rayons sont solidaires du boîtier de filtrage 3. Les autres rayons (15) soutiennent l'arbre 2 via les parois intérieures.
Les intervalles en forme d'anneau partiel entre les rayons (16) peuvent, mais cependant pas tous à la fois, être utilisés pour le pressage ciblé d'eau par une fermeture partielle ou complète. Cette fermeture peut se faire par introduction d'inserts lors d'un arrêt de la machine à vis ou, lors de l'utilisation de tiroirs, également depuis l'extérieur. De plus, on utilise les barrettes 13 fixées au choix sur le boîtier pour l'amenée et l'évacuation de substances de lubrification et de rinçage.