FR2474946A1 - EXTRUDER WITH A PENCIL BODY - Google Patents
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Abstract
EXTRUDEUSE AVEC UN CORPS A BROCHES POUR LA MISE EN OEUVRE DE THERMOPLASTES ET D'ELASTOMERES, DANS LEQUEL TOURNE UNE VIS SANS FIN, DONT LES FILETS SONT INTERROMPUS AUX POINTS DE PENETRATION DES BROCHES DANS LE CORPS. LES EXTREMITES ET DEBUTS DES FILETS 3 INTERROMPUS DE LA VIS 2 SONT DISPOSES SUIVANT L'AXE DE CETTE DERNIERE ET A UNE MEME HAUTEUR, ENTRE LES BROCHES 4 FIXEES SUR LE CORPS, DE SORTE QUE LES FACES RADIALES D'INTERRUPTION DES EXTREMITES 10 ET DES DEBUTS 11 DE FILET SONT EN REGARD SUIVANT L'AXE DE LA VIS.EXTRUDER WITH A SPINDLE BODY FOR IMPLEMENTATION OF THERMOPLASTS AND ELASTOMERS, IN WHICH AN ENDLESS SCREW TURNS, WHOSE THREADS ARE INTERRUPTED AT THE POINTS OF PENETRATION OF THE SPINDLES IN THE BODY. THE ENDS AND BEGINNINGS OF THE INTERRUPTED THREADS 3 OF THE SCREW 2 ARE ARRANGED FOLLOWING THE AXIS OF THE SCREW 2 AND AT THE SAME HEIGHT, BETWEEN THE PINS 4 FIXED ON THE BODY, SO THAT THE RADIAL INTERRUPTING FACES OF THE ENDS 10 AND 11 THREAD BEGINS ARE LOOKING AFTER THE SCREW AXIS.
Description
La présente invention concerne une extrudeuse avec un corps à broches pourThe present invention relates to an extruder with a pin body for
la mise en oeuvre de thermoplastes et d'élastomères, dans lequel tourne une vis sans fin, et des broches sensiblement the use of thermoplastics and elastomers, in which a worm rotates, and pins substantially
équidistantes suivant la circonférence du corps sont disposées radia- equidistant along the circumference of the body are arranged radially
lement de la paroi intérieure de ce dernier vers l'axe de la vis sans fin, dont les filets sont interrompus aux endroits o les the inner wall of the latter towards the axis of the worm, whose nets are interrupted where
broches pénètrent dans le corps.pins enter the body.
Des extrudeuses avec un cylindre à broches sont décrites dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 22 35 784. Les filets de vis de ces extrudeuses sont Extruders with a pin roll are described in German Offenlegungsschrift No. 22 35 784. The screw threads of these extruders are
interrompus aux points o les broches pénètrent dans le corps à tra- interrupted at the points where the pins enter the body through
vers la paroi de ce dernier. Une telle conception vise à assurer un effet de mélangeage et de plastification parfaits du matériau mis en oeuvre. Cette conception présente l'inconvénient suivant: il n'y a pratiquement pas de cisaillement du matériau et l'homogénéité de la masse à mettre en oeuvre laisse par suite beaucoup à désirer. Le matériau arrivant sur les broches est certes divisé et dévié, mais il n'y a pas de cisaillement sensible car le matériau, quand il est saisi par une broche, peut s'échapper dans le filet voisin sans subir towards the wall of the latter. Such a design aims to ensure a perfect mixing and plasticizing effect of the material used. This design has the following drawback: there is practically no shearing of the material and the homogeneity of the mass to be used consequently leaves much to be desired. The material arriving on the pins is certainly divided and deflected, but there is no significant shear because the material, when it is gripped by a pin, can escape into the neighboring net without suffering
de cisaillement notable entre le filet de vis et les broches. La con- significant shear between the screw thread and the pins. The con-
ception connue produit ainsi de nombreux flux partiels et regroupe- known ception thus produces many partial flows and groups together
ments par division et déviation du flux, mais aucun écoulement de cisaillement. Les broches sont balayées par de nombreuses particules by division and flow deflection, but no shear flow. The pins are scanned by many particles
du matériau, sans aucun cisaillement intense. of the material, without any intense shear.
L'invention vise à améliorer une extrudeuse avec un corps à broches du type précité, de façon que les broches produisent un gradient de cisaillement et par suite une excellent homogénéité de The object of the invention is to improve an extruder with a pin body of the aforementioned type, so that the pins produce a shear gradient and consequently an excellent homogeneity of
la masse à mettre en oeuvre.the mass to implement.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les extré- According to an essential characteristic of the invention, the
mités et les débuts des filets interrompus de la vis sans fin sont disposés suivant l'axe de cette dernière à une même hauteur, entre les broches fixées sur le corps, de sorte que les faces radiales d'interruption des extrémités et des débuts de filet sont en regard mites and the beginnings of the interrupted threads of the worm are arranged along the axis of the latter at the same height, between the pins fixed on the body, so that the radial faces of interruption of the ends and beginnings of net are opposite
suivant l'axe de la vis sans fin.along the axis of the worm.
Par suite de la disposition des extrémités et des débuts des filets interrompus, de sorte que les faces radiales d'interruption sont en regard suivant l'axe de la vis sans fin, le matériau est toujours soumis à un cisaillement important quand il se trouve entre une broche stationnaire et les faces radiales d'interruption. Cette disposition produit une très grande surface active pour As a result of the arrangement of the ends and the beginnings of the interrupted threads, so that the radial interruption faces are facing along the axis of the worm, the material is always subjected to significant shear when it is between a stationary pin and radial interrupt faces. This arrangement produces a very large active area for
la transmission d'une énergie de cisaillement élevée au matériau. the transmission of high shear energy to the material.
Le matériau se trouvant à cet endroit est en outre étiré à vitesse The material at this location is further stretched at high speed
élevée à travers l'interstice étroit, sans pouvoir s'échapper. elevated through the narrow gap, without being able to escape.
Dans l'art antérieur, le matériau à mettre en oeuvre peut tou- In the prior art, the material to be used can always
jours s'échapper sans contrainte importante, quand il vient en con- days escape without significant constraint, when it comes into con-
tact avec les broches stationnaires. Un nombre élevé de rangées de tact with the stationary pins. A high number of rows of
broches produit certes un bon brassage, mais le cisaillement du maté- Although the spindles produce good brewing, the shearing of
riau, principal responsable d'une bonne homogénéité, est fortement riau, the main responsible for good homogeneity, is strongly
négligé.neglected.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des plans radiaux de broches sont prévus sous forme de couronnes avec en amont et en aval par rapport au sens d'écoulement du matériau, de courtes According to another characteristic of the invention, radial planes of pins are provided in the form of rings with upstream and downstream relative to the direction of flow of the material, short
parties de vis à plusieurs filets.parts of screws with several threads.
La mise en oeuvre du principe de l'invention, à savoir la dispo- The implementation of the principle of the invention, namely the
sition en regard des faces radiales d'interruption des extrémités des débuts de filet sur une partie de plastification à plusieurs filets, facing the radial faces of interruption of the ends of net starts on a portion of plastification with multiple nets,
amplifie l'effet de l'invention.amplifies the effect of the invention.
Le montage en série de plusieurs unités de plastification de ce The series assembly of several plasticizing units of this
type permet d'obtenir une excellente action de mélangeage et de plas- type allows to obtain an excellent mixing action and
tification avec une extrudeuse très courte. Le prix d'acquisition tification with a very short extruder. The purchase price
d'une unité d'extrusion est ainsi notablement réduit. an extrusion unit is thus significantly reduced.
Afin d'obtenir une plus faible résistance à l'écoulement dans une partie de plastification du type précédemment décrit, et selon une autre caractéristique de l'invention, les débuts des filets des parties de vis à plusieurs filets et les extrémités des parties-de In order to obtain a lower flow resistance in a plastification part of the type previously described, and according to another characteristic of the invention, the beginnings of the threads of the multi-threaded screw parts and the ends of the parts-of
vis à plusieurs filets disposées en aval des zones sans filets, sui- multi-threaded screws arranged downstream of the threadless zones, followed
vant le sens d'écoulement du matériau, sont appointés. the direction of flow of the material are selected.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront Other features and advantages of the invention will be
mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un better understood using the detailed description below of a
exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe longitudinale d'une extrudeuse à une vis selon l'invention; la figure 2 est la coupe longitudinale d'une partie d'extrusion avec deux unités de plastification; la figure 3 représente des débuts et extrémités de filet appointés; la figure 4 illustre schématiquement le principe de l'invention; et la figure 5 représente schématiquement une forme de réalisation selon embodiment and the accompanying drawings in which Figure 1 is the longitudinal section of a single screw extruder according to the invention; Figure 2 is the longitudinal section of an extrusion part with two plastics units; FIG. 3 depicts debut and tip ends; Figure 4 schematically illustrates the principle of the invention; and Figure 5 schematically shows an embodiment according to
l'art antérieur.the prior art.
Une vis sans fin (2), portant des filets (3) hélicoïdaux, est logée dans un corps (1) d'extrudeuse. Des broches (4), bloquées par un vissage (5), traverse le corps (1). De nombreuses broches (4) sont disposées dans le corps (1) de façon que leur axe soit orienté sur l'axe de la vis sans fin (2). Un nombre plus ou moins élevé de broches peut traverser radialement le corps pour pénétrer dans l'enceinte (6) d'extrusion, selon les diamètres du corps et de la vis sans fin. Les broches (4) sont disposées perpendiculairement à l'axe de la vis sans fin (2) et constituent un plan de broches. Plusieurs plans de broches peuvent être disposés avec un écartement donné, des zones de vis à A worm (2) carrying helical threads (3) is housed in an extruder body (1). Pins (4), locked by a screwing (5), passes through the body (1). Many pins (4) are arranged in the body (1) so that their axis is oriented on the axis of the worm (2). A greater or lesser number of pins may pass radially through the body to penetrate the extrusion chamber (6), depending on the diameters of the body and the worm. The pins (4) are arranged perpendicular to the axis of the worm (2) and constitute a pin plane. Several pin planes can be arranged with a given spacing, screw areas to
un ou plusieurs filets étant disposées entre les divers plans de bro- one or more threads being disposed between the various broaching planes
che. La figure 2 représente une partie d'extrudeuse avec deux zones de plastification (7). Ces dernières sont constituées par des parties de vis (8) et (9) à plusieurs filets, disposées immédiatement en amont che. Fig. 2 shows an extruder part with two plastification zones (7). The latter consist of screw parts (8) and (9) with several threads, disposed immediately upstream
et en aval d'un plan de broches.and downstream of a pin plane.
La réalisation à plusieurs filets des zones de plastification (7) accroît notablement l'action de cisaillement élevée du matériau à mettre en oeuvre entre les faces radiales d'interruption des filets The multi-threaded embodiment of the plasticization zones (7) significantly increases the high shearing action of the material to be used between the radial faces of the nets.
en regard.opposite.
Chaque fois que les faces radiales (10) et (11) d'interruption de filet en regard de la vis (2) en rotation passent devant une broche Whenever the radial faces (10) and (11) of thread interruption facing the rotating screw (2) pass in front of a spindle
fixe, le matériau est soumis entre ces faces et la broche à un cisail- fixed, the material is subjected between these faces and the pin to a shear-
lement important, multiplié par les filets multiples des zones de importantly, multiplied by the multiple nets of
- plastification.- plasticization.
La figure 5 représente, sous une forme stylisée et développée, un montage selon l'art antérieur, dans lequel un filet hélicoidal continu, de même pas que celui de la figure 4, est interrompu afin de créer un espace libre pour les broches fixes (14). Lorsque la face radiale d'interruption (13) passe devant la broche (14), le matériau peut s'échapper librement de l'autre côté, sans subir de cisaille- ment. Lorsque la face radiale (12) du nouveau début de filet passe devant la broche (14), la vis poursuivant sa rotation, le matériau peut de nouveau s'échapper dans le sens opposé, sans être sollicité FIG. 5 represents, in a stylized and developed form, a mounting according to the prior art, in which a continuous helical thread, like the one of FIG. 4, is interrupted in order to create a free space for the fixed pins ( 14). When the radial interrupt face (13) passes the pin (14), the material can freely escape on the other side without shearing. When the radial face (12) of the new beginning of thread passes in front of the spindle (14), the screw continuing its rotation, the material can again escape in the opposite direction, without being requested.
en cisaillement.in shear.
Une comparaison du fonctionnement schématisé par les figures 4 et 5 illustre la remarquable action de cisaillement produite par le A comparison of the operation shown diagrammatically in FIGS. 4 and 5 illustrates the remarkable shearing action produced by the
montage selon l'invention.assembly according to the invention.
Les zones de plastification (7) selon l'invention peuvent par exemple être produites par simple emmanchement des parties à plusieurs filets (8) et (9), réalisées séparément, sur un noyau avec blocage approprié par des clavettes. La réalisation séparée des parties (8) et (9) de la vis sans fin et de la zone non filetée intermédiaire présente un grand avantage car des phénomènes d'usure plus ou moins importants peuvent se produire. C'est ainsi que les premières zones de plastification (7) sont beaucoup plus sollicitées que les suivantes, car le matériau est plus froid et par suite beaucoup plus abrasif à l'entrée. Un autre avantage de la réalisation de la vis sous forme de zones interchangeables réside dans la production. Les pièces de volume relativement faible peuvent être produites sous forme- de pièces The plasticization zones (7) according to the invention may for example be produced by simply fitting the parts with several threads (8) and (9), made separately, on a core with appropriate locking by keys. The separate embodiment of the parts (8) and (9) of the worm and the intermediate non-threaded area has a great advantage because more or less significant wear phenomena can occur. Thus the first areas of plasticization (7) are much more stressed than the following because the material is colder and therefore much more abrasive at the entrance. Another advantage of producing the screw in the form of interchangeable areas lies in the production. Parts of relatively small volume can be produced as parts
moulées de précision économiques. economic precision moldings.
Selon le matériau à mettre en oeuvre, il peut être nécessaire de produire une énergie de cisaillement plus ou moins importante dans le matériau et par suite de prévoir un nombre plus ou moins élevé de Depending on the material to be used, it may be necessary to produce more or less significant shear energy in the material and consequently to provide a greater or lesser number of
zones d'homogénéisation (7).homogenisation zones (7).
L'expérience montre par exemple que le nombre de filets des zones de vis (8) et (9) doit être le suivant, en fonction de la taille de l'extrudeuse: extrudeuse de 90 2 filets extrudeuse de 150 3 filets extrudeuse de 200 4 filets Experience shows, for example, that the number of threads in the screw zones (8) and (9) must be the following, depending on the size of the extruder: extruder 90 2 extruder extruder 150 3 thread extruder 200 4 nets
extrudeuse de 250 5 filets.extruder 250 5 threads.
Il est apparu utile de respecter une relation déterminée entre la longueur des zones de vis (8) et (9) et le diamètre des broches (4). Un rapport de la longueur de la zone de vis (8) au diamètre de broche (4) de 1/1 à 1/2 est particulièrement efficace, c'est-à-dire que dans le cas de zones de vis (8) ayant une longueur de 0,2 D, les broches ou la zone non filetée située entre les zones (8) et (9) doivent avoir une longueur de 0, 1 à 0,2 D (D = diamètre de la vis It has been found useful to respect a determined relationship between the length of the screw zones (8) and (9) and the diameter of the pins (4). A ratio of the length of the screw area (8) to the spindle diameter (4) of 1/1 to 1/2 is particularly effective, ie in the case of screw areas (8) having a length of 0.2 D, the pins or the unthreaded area between the zones (8) and (9) must have a length of 0, 1 to 0.2 D (D = diameter of the screw
sans fin).unending).
L'expérience montre que lors de la mise en oeuvre par une géo- Experience shows that when implemented by a geo-
métrie de filets et broches selon l'invention, le mélange de caou- metie of nets and pins according to the invention, the mixture of
tchouc froid est divisé avec une résistance minimale et étiré entre les broches et filets, pour former de longs flux partiels. Il en Cold chop is divided with minimal strength and stretched between pins and nets, to form long partial flows. It
résulte une remarquable homogénéité du mélange de caoutchouc. results in a remarkable homogeneity of the rubber mixture.
L'emploi des zones de plastification permet simultanément de tailler les parties d'écoulement intermédiaire avec un ou deux filets très hauts et un débit par tour élevé, sans crainte d'hétérogénéités, The use of the zones of plasticization simultaneously makes it possible to cut the intermediate flow parts with one or two very high nets and a high flow per turn, without fear of heterogeneities,
telles que des répartitions irrégulières de la température. such as irregular distributions of temperature.
Un essai comparatif sur une extrudeuse équipée d'un corps à A comparative test on an extruder equipped with a body
cylindres selon la demande de brevet de la République fédérale d'Al- cylinders according to the patent application of the Federal Republic of Germany
lemagne publiée sous le n0 22 35 784 a donné les résultats suivants. Germany published under the number 22 35 784 gave the following results.
L'extrudeuse est équipée de 10 plans de broches successifs. Le mélange de caoutchouc à mettre en oeuvre, se trouvant sensiblement à la température ambiante, est introduit dans l'extrudeuse, puis son The extruder is equipped with 10 successive pin planes. The rubber mixture to be used, which is substantially at ambient temperature, is introduced into the extruder and then
homogénéité est déterminée après le passage desdits plans de broches. homogeneity is determined after passing said pin planes.
Une extrudeuse selon l'invention est ensuite alimentée avec un matériau présentant les mêmes viscosités et températures. Après le passage de cinq zones de plastification (7), le mélange de caoutchouc présente déjà une homogénéité comparable à celle du matériau mis en oeuvre dans l'extrudeuse selon l'art antérieur, avec dix plans de An extruder according to the invention is then fed with a material having the same viscosities and temperatures. After the passage of five zones of plasticization (7), the rubber mixture already has a homogeneity comparable to that of the material used in the extruder according to the prior art, with ten planes of
broches successifs et une longueur double. successive pins and a double length.
Cet essai comparatif montre qu'une extrudeuse selon l'invention peut être réalisée avec une longueur inférieure de 50 % à celle d'une This comparative test shows that an extruder according to the invention can be made with a length 50% less than that of a
extrudeuse selon l'art antérieur, ou que des débits nettement supé- extruder according to the prior art, or that flow rates markedly higher than
rieurs sont possibles dans le cas d'une même longueur, sans aucun are possible in the case of the same length, without any
risque d'hétérogénéité du matériau. risk of heterogeneity of the material.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the principle and devices that have just been described by way of non-limiting examples, without departing from the scope of the invention.
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