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REVENDICATIONS
1. Extrudeuse comprenant un cylindre, une vis logée à l'intérieur du cylindre et entraînée en rotation de manière à déplacer une masse de matière plastique, engagée dans le cylindre, vers son extrémité aval, et à la mettre en condition pour une opération d'extrusion, caractérisée en ce que, sur au moins un segment de sa longueur, le cylindre est équipé de moyens de refroidissement et en ce que la vis comporte en regard desdits moyens de refroidissement un embout ajusté au diamètre intérieur du cylindre et conformé de façon à racler ladite paroi interne en éliminant ainsi, au fur et à mesure de sa formation, une couche de matière plastique solidifiée qui se dépose sous l'action des moyens de refroidissement.
2. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embout présente au moins un filet pourvu d'une arête en contact permanent avec la paroi interne du cylindre.
3. Extrudeuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'embout comporte plusieurs filets s'étendant axialement sur toute sa longueur et répartis angulairement de façon régulière autour de l'embout.
4. Extrudeuse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'embout comprend un noyau de forme tubulaire dans sa partie centrale et un ou plusieurs filets racleurs, la paroi du noyau étant suffisamment mince pour conférer une élasticité radiale aux filets racleurs.
5. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cylindre présente, dans la zone de refroidissement, une surface interne cylindrique lisse.
6. Extrudeuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ou les filets s'étendent en hélice ou parallèlement à l'axe de la vis sur la surface extérieure du noyau de l'embout.
7. Extrudeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embout est une pièce distincte du reste de la vis, fixé de manière amovible à celle-ci.
8. Extrudeuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'embout comporte au moins à une de ses extrémités une partie filetée engagée dans un taraudage d'un autre élément de la vis.
On sait que les extrudeuses à vis sont utilisées à l'heure actuelle dans des conditions telles que le déplacement de la masse de matière plastique entraînée dans le cylindre provoque un dégagement de chaleur important. De ce fait, les constructeurs se trouvent confrontés au problème consistant à lutter contre un échauffement excessif de la matière plastique dans certaines zones de l'extrudeuse, et notamment dans la zone finale où s'effectuent généralement la régulari- sation du débit et le dosage final. Dans ces zones situées à l'extrémité aval de l'extrudeuse, il est usuel d'équiper la vis d'une partie appelée embout ou torpedo en anglais. Ainsi, on trouve dans le brevet CH No 612375 la description d'une vis d'extrudeuse équipée d'embouts.
De même, le brevet US No 3555616 se rapporte à une extrudeuse dont l'extrémité aval est refroidie et qui comporte également à cette extrémité aval un embout.
Le refroidissement du cylindre d'une extrudeuse s'effectue généralement au moyen de chemises parcourues par un circuit d'eau et disposées autour du cylindre. On peut aussi prévoir des conduits parcourus par un fluide de refroidissement et directement noyés dans l'épaisseur du métal du cylindre.
Les embouts des vis d'extrudeuse comportent généralement des filets de forme spéciale allongés dans le sens axial ou présentant un tracé hélicoïdal, le profil en long du tracé ainsi que la section de ces filets étant adaptés dans chaque cas à la fonction que l'embout doit remplir. Tous les embouts connus sont usinés de façon à ménager un jeu plus ou moins réduit entre le sommet des filets et la paroi interne du cylindre.
Lorsque l'on désire maintenir homogènes les caractéristiques de la matière plastique travaillée dans un cylindre d'exrudeuse, I'obtention d'un refroidissement efficace se heurte à une difficulté différente de celle que l'on rencontre lorsqu'il s'agit d'homogénéiser une masse de matière plastique dans laquelle le frottement de la vis provoque un effet d'échauffement. En effet, si la matière plastique se trouve en contact avec une paroi à une température inférieure à son point de solidification, elle se fige sur cette paroi en formant une pellicule qui, d'une part, restreint le débit de la matière plastique à travers l'extrudeuse et, d'autre part, constitue une couche isolante exigeant un renforcement du refroidissement afin d'obtenir une diminution efficace de la température de la matière plastique fluide.
De nombreux essais et tentatives effectués jusqu'à maintenant pour assurer la production d'une masse de matière plastique bien homogénéisée à l'extrémité aval de l'extrudeuse, tout en refroidissant cette masse au cours de son passage dans l'extrudeuse, ont toujours conduit à des échecs jusqu'à maintenant, et on s'est rendu compte que la cause de ces échecs résidait dans l'effet d'isolation mentionné plus haut et provoqué par la mince pellicule de matière plastique qui se dépose sur la paroi refroidie du cylindre, ou sur le noyau de la vis, si c'est cette dernière qui est refroidie.
Le but de la présente invention est d'apporter une solution à cette difficulté et de permettre la réalisation d'extrudeuse à vis pour matière plastique comprenant une zone de refroidissement efficace tout en assurant la production d'une masse homogène à leur extrémité aval.
Dans ce but, l'invention a pour objet une extrudeuse comprenant un cylindre, une vis logée à l'intérieur du cylindre et entraînée en rotation de manière à déplacer une masse de matière plastique, engagée dans le cylindre vers son extrémité aval et à la mettre en condition pour une opération d'extrusion, caractérisée en ce que, sur au moins un segment de sa longueur, le cylindre est équipé de moyens de refroidissement et en ce que la vis comporte en regard desdits moyens de refroidissement un embout ajusté au diamètre intérieur du cylindre et conformé de façon à racler ladite paroi interne en éliminant ainsi, au fur et à mesure de sa formation, une couche de matière plastique solidifiée qui se dépose sous l'action des moyens de refroidissement.
On va décrire ci-après, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention et une variante en se référant au dessin annexé dont:
la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une extrudeuse,
la fig. 2 une vue en coupe transversale à plus grande échelle, d'un embout racleur dont la vis de l'extrudeuse est équipée,
la fig. 3 une vue en coupe longitudinale de l'embout racleur, et
la fig. 4 une vue en coupe transversale analogue à la fig. 2 montrant une variante de l'embout racleur.
On reconnaît à la fig. 1 les éléments principaux d'une extrudeuse à vis capable de conditionner une matière plastique dont l'état initial est une poudre ou une masse de granules, afin de permettre les opérations d'extrusion effectuées en continu à la sortie de cette extrudeuse. Sur le bâti 1 est monté un cylindre 2 dont l'extrémité amont présente une ouverture latérale 3 ouverte vers le haut et dans laquelle est fixée une trémie 4. A l'extrémité aval de ce cylindre est fixée une tête d'extrusion 5 qui, dans l'exemple représenté, est une tête axiale capable de former par exemple une barre cylindrique à profil circulaire ou dont le profil peut présenter n'importe quelle autre forme. Le bâti 6 contient un réducteur de vitesse à engrenages 7 dont le pignon moteur 8 est entraîné par un moteur 9, par exemple un moteur électrique.
A l'intérieur du cylindre 2 est logée une vis 10 qui est guidée dans ce cylindre à son extrémité amont par un palier 11 et qui est accouplée au dernier élément de l'engrenage 7. Cette vis comporte une zone à filets hélicoïdaux 12 dont la disposition peut correspondre à n'importe laquelle des dispositions bien connues dans ce domaine de la technique, et appliquées en fonction du résultat visé. Ainsi, la vis peut comporter un ou plusieurs filets de pas
constants ou variables, présentant ou non des interruptions et délimitant plusieurs zones successives dans la longueur de l'extrudeuse.
A son extrémité aval, le cylindre 2 comporte une zone de refroidissement dans laquelle il est équipé d'une chemise calorifugée 14 à l'intérieur de laquelle est disposée une tubulure en forme de boudin 15 parcourue par un agent de refroidissement. Cet agent de refrni- dissement peut être de l'eau ou n'importe quel fluide caloporteur, la température de ce fluide et son débit étant réglés par des moyens connus en fonction du but à atteindre.
En regard de la zone de refroidissement, la vis 10 comporte un embout racleur 13 qui forme l'extrémité aval de cette vis et qui se termine au droit de la surface de connexion entre la tête d'extrusion 5 et le cylindre 2. La forme et la disposition de cet embout sont décrites ci-après en relation avec les fig. 2 et 3.
Les fig. 2 et 3 représentent, à plus grande échelle, une forme d'exécution de l'embout racleur. Cette pièce est de forme tubulaire et comporte une paroi mince 16 d'où s'étendent en saillie trois filets rectilignes 17 orientés radialement à 1200 les uns des autres et allongés axialement. Les surfaces sommitales des filets 17 sont des portions de surface cylindrique qui sont usinées par tournage à un diamètre égal au diamètre de la face interne du cylindre 2. Le bord avant de chaque filet dans le sens de rotation de la vis forme une arête avec la surface sommitale du filet de façon à être capable d'éliminer par raclage, au fur et à mesure de sa formation, la pellicule de matière plastique solidifiée qui tend à se déposer sur la surface intérieure du cylindre 2 sous l'effet du refroidissement effectué par le circuit 15.
Le cas échéant, la surface sommitale des filets 17 pourrait aussi être conformée légèrement en spirale afin que seule l'arête de raclage soit en contact avec le cylindre.
Comme on le voit à la fig. 3, l'embout 13 comporte à son extrémité raccordée à la vis 10 un segment fileté 18 auquel fait suite une portée 19 munie de deux méplats 20 permettant le vissage de l'embout dans l'extrémité du corps de la vis.
Dans la forme d'exécution décrite, l'embout 13 est encore équipé d'un couvercle terminal bombé 21 assurant le guidage de la masse de matière plastique depuis le cylindre vers la tête d'extrusion 5.
Finalement, la fig. 4 montre une variante d'exécution de l'embout 13. Le noyau 22 de l'embout est rigide et de section sensiblement triangulaire. Les filets 23 ont chacun un profil en forme de S et se terminent par une face sommitale 24 dont le diamètre est également ajusté au diamètre de la surface interne du cylindre.
Au lieu que les filets 17 ou 23 de l'embout racleur soient rectilignes et s'étendent parallèlement à l'axe de la machine, ils pourraient, bien entendu, s'étendre selon les lignes hélicoïdales. Le cas échéant, il n'est pas indispensable que ces éléments de raclage soient solidaires du noyau de l'embout sur toute leur longueur. Les filets pourraient présenter des fentes ou des ouvertures, seule leur partie sommitale étant continue de façon à être en contact avec le cylindre. Le cas échéant, les éléments de raclage pourraient être des éléments rapportés.
En éliminant au fur et à mesure la pellicule de matière plastique solidifiée qui se fige sur le cylindre, les éléments de raclage de l'embout décrit assurent le maintien de l'homogénéité de la masse de matière plastique véhiculée par la vis. Les parties de cette masse dont la température est descendue au-dessous du point de solidification sont immédiatement réintroduites dans la masse encore plastique, ce qui évite la formation de zones à des températures différentes. En plus, le raclage permet un échange de chaleur efficace entre la paroi refroidie du cylindre et la matière plastique en contact avec elle.
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CLAIMS
1. Extruder comprising a cylinder, a screw housed inside the cylinder and driven in rotation so as to move a mass of plastic material, engaged in the cylinder, towards its downstream end, and to condition it for an operation of extrusion, characterized in that, on at least one segment of its length, the cylinder is equipped with cooling means and in that the screw comprises, opposite said cooling means, a nozzle adjusted to the inside diameter of the cylinder and shaped so scraping said internal wall, thus eliminating, as it is formed, a layer of solidified plastic which is deposited under the action of the cooling means.
2. Extruder according to claim 1, characterized in that the end piece has at least one thread provided with an edge in permanent contact with the internal wall of the cylinder.
3. Extruder according to claim 2, characterized in that the end piece comprises several threads extending axially over its entire length and distributed angularly in a regular manner around the end piece.
4. Extruder according to one of the preceding claims, characterized in that the endpiece comprises a tubular core in its central part and one or more scraper threads, the wall of the core being thin enough to impart radial elasticity to the scraper threads .
5. Extruder according to claim 1, characterized in that the cylinder has, in the cooling zone, a smooth cylindrical internal surface.
6. Extruder according to claim 2, characterized in that the thread or threads extend in a helix or parallel to the axis of the screw on the outer surface of the core of the endpiece.
7. Extruder according to claim 1, characterized in that the end piece is a separate piece from the rest of the screw, removably attached thereto.
8. Extruder according to claim 7, characterized in that the end piece comprises at least at one of its ends a threaded part engaged in a tapping of another element of the screw.
It is known that screw extruders are currently used under conditions such that the displacement of the mass of plastic material entrained in the cylinder causes significant heat generation. As a result, manufacturers are faced with the problem of combating excessive heating of the plastic in certain areas of the extruder, and in particular in the final area where flow control and metering are generally carried out. final. In these areas located at the downstream end of the extruder, it is customary to equip the screw with a part called a tip or torpedo in English. Thus, there is found in patent CH No. 612375 the description of an extruder screw fitted with end caps.
Likewise, US Pat. No. 3,555,616 relates to an extruder the downstream end of which is cooled and which also has an end piece at this downstream end.
The cooling of the cylinder of an extruder is generally carried out by means of liners traversed by a water circuit and arranged around the cylinder. One can also provide conduits traversed by a cooling fluid and directly embedded in the thickness of the metal of the cylinder.
The ends of the extruder screws generally comprise threads of special shape elongated in the axial direction or having a helical outline, the profile along the outline as well as the section of these threads being adapted in each case to the function that the endpiece must complete. All known end pieces are machined so as to provide a more or less reduced clearance between the top of the threads and the internal wall of the cylinder.
When it is desired to maintain the characteristics of the plastic material worked in an extruder cylinder homogeneous, obtaining effective cooling encounters a difficulty different from that encountered in the case of homogenize a mass of plastic material in which the friction of the screw causes a heating effect. Indeed, if the plastic material is in contact with a wall at a temperature below its solidification point, it freezes on this wall by forming a film which, on the one hand, restricts the flow of the plastic material through the extruder and, on the other hand, constitutes an insulating layer requiring enhanced cooling in order to obtain an effective reduction in the temperature of the fluid plastic.
Numerous attempts and attempts made so far to ensure the production of a mass of well homogenized plastic at the downstream end of the extruder, while cooling this mass during its passage through the extruder, have always has led to failures so far, and it has been realized that the cause of these failures lies in the insulation effect mentioned above and caused by the thin film of plastic which is deposited on the cooled wall of the cylinder, or on the screw core, if the latter is cooled.
The object of the present invention is to provide a solution to this difficulty and to allow the production of a screw extruder for plastic material comprising an effective cooling zone while ensuring the production of a homogeneous mass at their downstream end.
For this purpose, the invention relates to an extruder comprising a cylinder, a screw housed inside the cylinder and rotated so as to move a mass of plastic material, engaged in the cylinder towards its downstream end and at the condition for an extrusion operation, characterized in that, over at least one segment of its length, the cylinder is equipped with cooling means and in that the screw comprises opposite said cooling means a nozzle adjusted to the diameter inside the cylinder and shaped so as to scrape said internal wall, thus eliminating, as it is formed, a layer of solidified plastic which is deposited under the action of the cooling means.
An embodiment of the object of the invention and a variant will be described below, by way of example, with reference to the attached drawing, in which:
fig. 1 is a schematic longitudinal section view of an extruder,
fig. 2 a cross-sectional view on a larger scale, of a scraper tip with which the extruder screw is fitted,
fig. 3 a view in longitudinal section of the scraper tip, and
fig. 4 a cross-sectional view similar to FIG. 2 showing a variant of the scraper tip.
We recognize in fig. 1 the main elements of a screw extruder capable of conditioning a plastic whose initial state is a powder or a mass of granules, in order to allow the extrusion operations carried out continuously at the outlet of this extruder. On the frame 1 is mounted a cylinder 2, the upstream end of which has a lateral opening 3 open upwards and in which a hopper is fixed 4. At the downstream end of this cylinder is fixed an extrusion head 5 which, in the example shown, is an axial head capable of forming for example a cylindrical bar with a circular profile or whose profile can have any other shape. The frame 6 contains a speed reducer with gears 7, the motor pinion 8 of which is driven by a motor 9, for example an electric motor.
Inside the cylinder 2 is housed a screw 10 which is guided in this cylinder at its upstream end by a bearing 11 and which is coupled to the last element of the gear 7. This screw comprises a zone with helical threads 12 whose provision can correspond to any of the provisions well known in this field of the technique, and applied according to the desired result. Thus, the screw may have one or more threads
constant or variable, with or without interruptions and delimiting several successive zones in the length of the extruder.
At its downstream end, the cylinder 2 comprises a cooling zone in which it is equipped with a heat-insulated jacket 14 inside which is arranged a tubing in the form of a sausage 15 traversed by a cooling agent. This cooling agent can be water or any heat transfer fluid, the temperature of this fluid and its flow rate being adjusted by known means as a function of the goal to be achieved.
Opposite the cooling zone, the screw 10 includes a scraper tip 13 which forms the downstream end of this screw and which ends in line with the connection surface between the extrusion head 5 and the cylinder 2. The shape and the arrangement of this nozzle are described below in relation to FIGS. 2 and 3.
Figs. 2 and 3 show, on a larger scale, an embodiment of the scraper tip. This piece is tubular in shape and has a thin wall 16 from which project three straight threads 17 projecting radially at 1200 from each other and axially elongated. The top surfaces of the threads 17 are portions of cylindrical surface which are machined by turning to a diameter equal to the diameter of the internal face of the cylinder 2. The front edge of each thread in the direction of rotation of the screw forms an edge with the top surface of the net so as to be able to scrape, as it is formed, the film of solidified plastic material which tends to be deposited on the interior surface of the cylinder 2 under the effect of the cooling effected by circuit 15.
If necessary, the top surface of the threads 17 could also be shaped slightly in a spiral so that only the scraping edge is in contact with the cylinder.
As seen in fig. 3, the end piece 13 has at its end connected to the screw 10 a threaded segment 18 which follows a bearing 19 provided with two flats 20 allowing the screwing of the end piece in the end of the body of the screw.
In the embodiment described, the endpiece 13 is also equipped with a curved end cover 21 ensuring the guiding of the mass of plastic material from the cylinder towards the extrusion head 5.
Finally, fig. 4 shows an alternative embodiment of the end piece 13. The core 22 of the end piece is rigid and of substantially triangular section. The threads 23 each have an S-shaped profile and end with a top face 24 whose diameter is also adjusted to the diameter of the internal surface of the cylinder.
Instead of the threads 17 or 23 of the scraper tip being straight and extending parallel to the axis of the machine, they could, of course, extend along the helical lines. If necessary, it is not essential that these scraping elements are integral with the core of the nozzle over their entire length. The threads could have slots or openings, only their top part being continuous so as to be in contact with the cylinder. If necessary, the scraping elements could be added elements.
By progressively eliminating the film of solidified plastic material which freezes on the cylinder, the scraping elements of the end fitting described maintain the homogeneity of the mass of plastic material conveyed by the screw. The parts of this mass, the temperature of which has dropped below the solidification point, are immediately reintroduced into the still plastic mass, which avoids the formation of zones at different temperatures. In addition, the scraping allows an efficient heat exchange between the cooled cylinder wall and the plastic material in contact with it.