WO2018104630A1 - Extrudeuse a doigts mobiles et procede - Google Patents

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WO2018104630A1
WO2018104630A1 PCT/FR2017/053348 FR2017053348W WO2018104630A1 WO 2018104630 A1 WO2018104630 A1 WO 2018104630A1 FR 2017053348 W FR2017053348 W FR 2017053348W WO 2018104630 A1 WO2018104630 A1 WO 2018104630A1
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WO
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extruder
mixture
fingers
support
section
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Application number
PCT/FR2017/053348
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English (en)
Inventor
Arnaud Letocart
Thibault MONTOY
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
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Publication date
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2030/00—Pneumatic or solid tyres or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to devices for extrusion or mixing elastomers or plastic products, in particular for the manufacture of wheel tires.
  • An extruder has the function of heating a material or a mixture of materials, pressurizing it and producing it in the form of a predetermined section profile, such as a strip.
  • a strip is for example wound on a support to form a green tire blank to be fired to achieve the vulcanization of the rubber.
  • an extruder composed inter alia of a screw and a support, often cylindrical, is currently designed to operate with a precise mixing range.
  • Extruders are known with fixed configurations, which do not allow to adapt to different mixtures - except to obtain a compromise with poor performance - without having to change the configuration of the machine. This change of configuration is often very expensive in terms of time and human resources.
  • Finger screw technology is also widespread: the operation of the extruder can be adapted by installing working fingers, in greater or lesser numbers, or larger or smaller diameter, inside the support. The fingers then make it possible to limit a passage section of the mixture through the extruder, which makes it possible to vary the work provided to the mixture as a function of the reduction of the section considered.
  • the time of assembly or disassembly is such that a machine is configured once and for all. In the industry, therefore, we find "flow-type” or typed "work” type finger screws. It is therefore normally necessary to have different types of extruder.
  • a problem not solved by the state of the art is therefore to adapt an extruder to a wider range of different mixtures.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by providing an extruder making it possible to work a wider range of mixtures.
  • an extruder for a mixture of elastomers or plastic products, comprising a support, fingers mounted movable relative to the support, identical to each other, and an extrusion screw, the support and the screw forming a passage duct for the mixture to be extruded, the extruder being able to seal at least 60% of at least one section of the duct orthogonal to an axis of the screw.
  • the shutter of at least 60% it is possible to vary the load supported by the screw.
  • the work applied to the extrusion mixture is directly related to the load supported by the screw, it is possible to vary over a wider range depending on the types of mixtures to extrude.
  • the extruder is thus able to extrude a wider range of different mixtures.
  • the extruder is capable of sealing at least 80%, preferably 96%, of the section or at least one of the sections of the conduit.
  • the extruder is capable of extruding very viscous mixtures, or even of preventing the passage of the mixture through the section taking into account the conditions of pressure and temperature inside the support that that implies.
  • the extruder has a working area of the mixture to be extruded, and the section or at least one of the sections is located downstream of the working area.
  • the extruder has a zone of pressurization of the mixture to be extruded, and the section or at least one of the sections is situated downstream of the zone of pressurization.
  • the extruder is able to close at least 60% of at least two sections of the conduit orthogonal to the axis of the screw.
  • the extruder is then able to close the sections in different proportions.
  • the extruder comprises at least one fixed finger relative to the support.
  • the movable movable fingers make it possible to vary the work applied to the mixture to be extruded.
  • the fixed finger supposes a discontinuity within the thread of the screw of the extruder and also allows the mixture to advance more easily in the conduit.
  • the extruder comprises at least one degassing valve located in the section or at least one of the sections.
  • the degassing valve makes it possible to expel the air between two mixtures from the duct.
  • the degassing valve or at least one of the degassing valves is housed inside the fixed finger or one of the fixed fingers, which allows a space saving inside the support and a protection of the valve by the frame of the fixed finger.
  • the extruder is equipped with at least one sensor for pressure, temperature, flow, roughness and / or aspect of the mixture allowing collection of extrusion data in real time.
  • At least one position of the fingers is slaved according to at least one of the following parameters:
  • This servocontrol of at least one position of the fingers makes it possible to regulate the extruder according to one or more predetermined entry instructions.
  • Also provided according to the invention is a process for extruding a mixture of elastomers or plastic products, wherein:
  • a mixture to be extruded is passed through a conduit formed by a support and an extrusion screw, and then
  • FIG. 1 is an axial sectional view of the assembly of an extruder according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an enlarged axial sectional view of a portion of the assembly of FIG. 1 illustrating the movable fingers of the extruder of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a sectional view along the plane III-III of Figures 1 and 2 having fingers mounted movable relative to the support 4, in a retracted position;
  • - Figure 4 is a view similar to Figure 3 showing the fingers movable in an extended position;
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the regulation of the extruder according to predetermined entry instructions.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view along the plane III-III of Figures 1 and 2 illustrating the calculation of a shutter ratio obtained according to one embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows the entire extruder 1 of the present embodiment. It comprises a frame 2 from which extends a support 4.
  • An extrusion screw 6 is rotatably mounted inside the support 4, along a longitudinal axis 8. This axis is here horizontal.
  • the screw is received coaxially in a cylindrical housing of the circular section support in a plane perpendicular to the axis 8.
  • the screw and the support therefore form an elongated passage for receiving the mixture to be extruded.
  • An upstream part of the extruder with reference to the direction of travel of the mixture along the axis from right to left in the figures, extending upstream of the plane AO perpendicular to the axis 8, is called the zone of pressurizing Pr of the extruder mixture preceded upstream by a feed zone provided with a mixture receiving chute.
  • the part of the extruder extending between the mutually parallel planes A0 and A1 is a first work zone, that between A1 and A2 is a second working zone provided with fixed fingers B2 and that between A2 and A3 is a third work area, downstream from the previous one.
  • the set of zones between the planes A0 and A3 is called working zone B of the mixture to be extruded.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the assembly of FIG. 1 illustrating better the extrusion screw 6.
  • the extruder comprises fingers that can be distributed, preferably according to the embodiments provided by the invention, in two categories: fixed mounted fingers and movable mounted fingers 100.
  • Each of the fingers has a generally elongated cylindrical shape and has its longitudinal axis oriented in a direction radial to the axis 8 of the screw.
  • FIG. 2 there are fixed fingers 112 to 612 situated in planes B1 to B6 parallel to the planes A0, A1 and A2, located in the second working zone, arranged in a constant pitch along the axis 8.
  • These plans are numbered B1, B2, B3, B4, B5, B6 their exact number depending on the choice of geometry of the extruder of the skilled person.
  • In each plane B are arranged several fixed fingers, for example eight, uniformly distributed on the circumference of the support 4 and numbered 112, for the plane B1, 212 for the plane B2 etc.
  • These fixed fingers provide the minimum necessary work for extruded elastomeric blends which form part of a tire.
  • FIGS. 3 and 4 also distinguish the fingers 100 mounted movable relative to the support 4, their exact number depending on the geometry choice of the extruder, more particularly it is a function of the desired closure ratio, the internal diameter of the support and the mechanical resistance to the stresses of the fingers.
  • Figures 3 and 4 are sectional views along the plane III-III of Figures 1 and 2. They illustrate an embodiment provided by the invention, in particular that in which the extruder has at least one finger 121 fixed mounted relative to the support, inside which is housed a degassing valve 24.
  • annular passage duct 107 formed between the screw and the support through which the mixture of elastomer or plastic products moves.
  • All the fingers, fixed and mobile, lying in this plane of section are arranged with their axes in the same plane. They form a star configuration. All moving fingers are here identical to each other. All the fingers are evenly distributed around the axis.
  • all the other fingers 100 are movably mounted relative to the support 4 by being received in respective radial housings thereof.
  • the extruder comprises, for each set of movable fingers in the same plane perpendicular to the axis, a flat annular ring 14 coaxial with the support and the screw.
  • the ring extends outside the support and allows to control the fingers of the associated plane.
  • the fingers are connected to the ring 14 by means of rollers 16 movable inside respective through oblong grooves 18 formed in the ring 14.
  • Each finger is secured to a rod on which the corresponding roller is fixed by being movable rotation, the axis of rotation of the roller being parallel to the axis of the screw and remote from the latter.
  • the ring 14 is rotatably mounted about the axis 8 relative to the support by being guided by appropriate means. It is actuated for example by a jack 20 with a piston 22. The two ends of the cylinder are articulated respectively to the crown and to the frame. Thus, the rectilinear stroke of the piston 22 causes rotation, relative to the support 4 and along the axis 8, of the ring 14. The grooves 18 then pivot about the axis 8 and thus allow the fingers 100 to move radially to the axis 8 to the extrusion screw 6 or in the opposite direction. Thus, the stroke of the jack 20 drives the The fingers 100 can thus take any desired position between a fully retracted position (shown in FIG.
  • the movable fingers 100 each slide in a lubricated sleeve 102. This reduces the force of the jack 20 to move the movable fingers 100.
  • the extruder behaves as if it did not have this system.
  • the pressure drop of the extruder is low: it is then possible to extrude mixtures requiring little work and a lot of flow. This position also makes it possible to quickly empty the extruder.
  • the fixed mounted fingers 112, 121 also help drain the extruder.
  • the extruder is thus able to seal, for each ring 14 connected to movable fingers 100, a section of the passage conduit through the variable position of the fingers in the conduit.
  • a shutter of 0% corresponds to the position released from the fingers.
  • the extruder is capable of closing in this way several sections of the duct according to the number of rings disposed along the axis 8 along its support 4.
  • the sections may be located downstream from the working zone provided with fixed fingers B, for example the section situated in the plane of the crown 14b, but also upstream of the working zone provided with fingers.
  • fixed B for example the section located in the plane of the ring 14a which is immediately downstream of the pressurizing zone.
  • the sections can also be located directly downstream of the pressurization zone, as is the case of the crown 14a.
  • the extruder is also equipped with sensors. These sensors allow the collection of data during the operation of the extruder, inside or at the exit of the extruder, about different physical variables specific to the mixture or the extruder.
  • thermocouple type temperature sensors may be installed in the extruder passage conduit to determine the temperature within the extruder or the temperature of the mixture during extrusion. It is also possible to install a temperature sensor of the mixture at the outlet of the extruder to check that the mixture is at the appropriate temperature to be used directly at its outlet.
  • One or more pressure sensors can also be installed inside the extruder.
  • they are of the brand Dynisco according to one of the embodiments of the invention. They make it possible to control the internal pressure of the passage duct. Indeed, depending on the closure of one or more sections of the duct, the internal pressure can be very large (which can even reach about 1000 bar, or 108 Pa, for a closure of about 96% of a section). It is also desirable to precisely control the pressurization of the mixture and thus to have a pressure sensor in the pressurizing zone of the extruder.
  • the flow rate of the mixture to be extruded through the extruder conduit is one of the parameters that determines the work done on mixing by the extruder screw. It is therefore desirable to also have one or more flow sensors within the extruder. Thanks to these, we can, for example, controlling the inlet flow rate in the mixture pipe, the flow rate through a closable section of the pipe or the extruder output flow rate.
  • the roughness and appearance of the mixture can be apprehended according to the thickness of the mixture or its texture (lumpy or not).
  • thickness sensors for example laser sensors, or even CCD cameras that allow control of the texture of the mixture and can therefore be considered as appearance sensors.
  • the roughness sensors that can equip the extruder generally use optical technology.
  • This extruder is capable of extruding a very wide range of blends so that all gum blends used to make a tread of a tire blank are extrudable by the same extruder. These differences between the mixtures are expressed according to the Mooney plasticity index.
  • the gum blends used to create a tread assembly are: a first 100% natural rubber material to make a sub-layer with a Mooney ML1 + index 4 from 80 to 110, then a second material to make the tread made of 100% synthetic rubber with a Mooney ML1 +4 rating of 70 to 100 followed by a third material to make the sidewalls consisting of a mixture of natural rubber / synthetic rubber (20% to 80% natural rubber) with a Mooney index of ML1 +4 of 50 to 100.
  • an extruder is configured to allow the best compromise flow rate / temperature / work / appearance for the outgoing product most difficult to implement. This constraint penalizes the extrusion performance of materials that are easier to work with.
  • the method of the invention makes it possible to configure the extruder continuously in function of incoming mixtures.
  • the proposed principle makes it possible to vary the flow section of the material and therefore the pressure drop of the extruder to optimize the flow / temperature / work / appearance compromise.
  • the method is implemented as follows.
  • the position of the fingers 100 is defined according to the desired physical properties at the outlet of the extruder of the first mixture.
  • the work applied by the screw 6 to the mixture, called shearing, is therefore initially fixed.
  • the first mixture is introduced into the extruder, it passes through the pressurizing zone A, and then arrives in the working zone B of the extruder.
  • the first mixture being introduced into the extruder the second mixture is introduced therein.
  • the extruder is not stopped on this occasion and continues to operate normally.
  • the data collection by the sensors make it possible to correct, if necessary, the initial positions of the fingers 100.
  • a regulation the process is carried out (symbolized by the letter R).
  • the process becomes auto-adaptive thanks to the self-adaptive technical means of the extruder driven by returns (temperature, appearance, roughness, flow, pressure symbolized by the letters T, A , Rg, D and P in Figure 5).
  • the sensors present inside the extruder but not at the outlet of the extruder indicate a pressure, a temperature or an abnormal flow, a correction is made without waiting for the output of the first mixture.
  • the process is thus regulated.
  • the appearance of the extrudate of gum at the exit of the extruder is measured, for example in the form of a strip. If the appearance is degraded, it controls (symbolized by the letter C in Figure 5) for example the output of the fingers 100 of a (or) crown (s) to increase the level of work and d ' improve the appearance of the product. It is controlled that the change of position of the fingers does not cause a temperature increase beyond the tolerances. It should also be checked that the pressure upstream of the finger crowns is not too excessive.
  • the first mixture leaves the extruder with the desired physical properties, it is used immediately. While the first mixture is extruded by the screw 6 according to different shear intensities (the more the movable mounted fingers 100 are out, the more the work, ie the shear increases and until the almost total closure of the section). the second mixture arrives in the pressure zone A. To prevent the two mixtures from intermingling, the flow section of the duct downstream from which the entire first mixture is located is reduced.
  • the reduction is obtained by the advance of the fingers 100 mounted movably in the conduit.
  • the necessary filling is more or less large.
  • it can be 60%, or 80% or even 96%.
  • This reduced section is located at the entrance or exit of work area B but not necessarily. In this case, it may be section 14b or 14a.
  • the reduced section can also be located in the middle of the working area B, thus delimiting a clean working area between two closed sections.
  • the degassing valve 24 allows this operation. It is located in the closed section, in a fixed finger 121 or not. It is closed when a rubber pressure is detected and opens mechanically when the gum pressure detected at this crown is zero.
  • the passage section is increased, thanks to the removal of the moving fingers 100.
  • the increase is greater or less before the second mixture can pass through the closed section. It can also be provided, alternatively or not, that it is expected that a larger portion of the first mixture is removed before the step of increasing the section begins.
  • the data collected by the sensors at the extruder exit allows dynamic control of the position of the fingers to adjust as needed the shear applied to the mixture in a working zone B of the extruder.
  • the extruder is controlled by this method according to several of these parameters as explained above.
  • the extruder may be provided with computer control means controlled by at least one computer program.
  • This program includes in registered form code instructions able to control the implementation of the method when it is executed on a computer of the extruder.
  • An advantage of the method described above is that it allows to better govern the change of incoming materials, while ensuring the continuity of the outgoing product and also to limit the volume of mixed product.
  • Another advantage is that it makes it possible to optimize the flow / temperature / work / aspect ratio of the outgoing product. This process implemented by the extruder thus makes it possible to achieve a high level of flexibility.
  • the system also makes it possible to manage the variations of product contained in the extruder during the transient phases (shutdown, restart, filling, emptying).
  • the system makes it possible to manage the change of the incoming materials, while ensuring the continuity of the outgoing product and also to limit the volume of mixed product.
  • the method avoids mixing the first material and the second material, (mixture of non-conforming properties which must be discharged in the form of falls). It also helps to eliminate falls when changing mix.
  • each movable finger 100 being actuated by its own cylinder, the cylinders of all the fingers being connected to a central control unit.

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Abstract

L'extrudeuse (1) pour un mélange d'élastomères ou de produits plastiques, comprend un support (4), des doigts montés mobiles par rapport au support, identiques entre eux, et une vis d'extrusion (6), le support (4) et la vis (6) formant un conduit de passage pour le mélange à extruder. L'extrudeuse (1) est apte à obturer au moins 60% d'au moins une section du conduit orthogonale à un axe de la vis (6).

Description

EXTRUDEUSE A DOIGTS MOBILES ET PROCÉDÉ
L'invention concerne les dispositifs d'extrusion ou de mélangeage d'élastomères ou de produits plastiques, notamment pour la fabrication des pneumatiques de roue.
Une extrudeuse a pour fonction de chauffer un matériau ou un mélange de matériaux, de le mettre sous pression et de le produire sous la forme d'un profil à section prédéterminée, tel qu'une bandelette. Une telle bandelette est par exemple enroulée sur un support pour former une ébauche crue de pneumatique destinée à être cuite pour réaliser la vulcanisation de la gomme.
Dans le domaine de l'extrusion de gomme, une extrudeuse composée entre autres d'une vis et d'un support, souvent cylindrique, est actuellement conçue pour fonctionner avec une gamme de mélange précis.
Cependant les contraintes industrielles imposent que les extrudeuses soient performantes en termes de débit, de température, de pression et d'intensité de travail pour tous types de mélanges. De plus, elles doivent également pouvoir extruder des mélanges de natures de plus en plus différentes.
On connaît des extrudeuses avec des configurations fixes, qui ne permettent pas de s'adapter à différents mélanges - sauf à obtenir un compromis avec des performances médiocres - sans avoir à changer la configuration de la machine. Ce changement de configuration se révèle souvent très coûteux en temps et en moyens humains.
La technologie des vis à doigts est aussi très répandue : le fonctionnement de l'extrudeuse peut être adapté en installant des doigts de travail, en plus ou moins grand nombre, ou de diamètre plus ou moins grand, à l'intérieur du support. Les doigts permettent alors de limiter une section de passage du mélange à travers l'extrudeuse, ce qui permet de faire varier le travail fourni au mélange en fonction de la réduction de la section considérée. En pratique, le temps de montage ou de démontage est tel qu'une machine est configurée une fois pour toutes. On trouve ainsi dans l'industrie des vis à doigts typées « débit » ou typées « travail ». Il faut donc normalement disposer des différents types d'extrudeuse.
Enfin, il existe la possibilité de placer en bout d'extrudeuse un filtre permettant de moduler le travail apporté au mélange et donc de permettre à l'extrudeuse de s'adapter à différents mélanges. Le principal inconvénient de cette solution est que les trous du filtre se colmatent, ce qui requiert leur nettoyage fréquent.
Plus rarement, on trouve des couronnes de doigts pilotés, mais l'adaptation des performances via les différentes obturations possibles reste partielle, les doigts étant peu nombreux et/ou très écartés. Leur amplitude de mouvement n'est pas très grande, ce qui ne permet pas de couvrir une gamme de réduction de section très large : par exemple, avec cette technique, il est possible d'obturer au maximum 45% d'une section orthogonale d'un conduit de passage du mélange dans l'extrudeuse.
Un problème non résolu par l'état de l'art est donc d'adapter une extrudeuse à une gamme élargie de mélanges différents.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant une extrudeuse permettant de travailler une gamme de mélanges plus large.
A cet effet, on prévoit selon l'invention une extrudeuse pour un mélange d'élastomères ou de produits plastiques, comprenant un support, des doigts montés mobiles par rapport au support, identiques entre eux, et une vis d'extrusion, le support et la vis formant un conduit de passage pour le mélange à extruder, l'extrudeuse étant apte à obturer au moins 60% d'au moins une section du conduit orthogonale à un axe de la vis.
Grâce à l'obturation d'au moins 60%, il est possible de faire varier la charge supportée par la vis. Le travail appliqué au mélange à extruder étant directement lié à la charge supportée par la vis, il est possible de le faire varier sur une plus large gamme suivant les types de mélanges à extruder. L'extrudeuse est donc à même d'extruder une plus large gamme de mélanges différents.
De préférence, l'extrudeuse est apte à obturer au moins 80%, de préférence 96%, de la section ou d'au moins l'une des sections du conduit.
Grâce un tel pourcentage d'obturation, l'extrudeuse est capable d'extruder des mélanges très visqueux, voire même d'empêcher le passage du mélange à travers la section compte tenu des conditions de pression et de température à l'intérieur du support que cela implique.
Avantageusement, l'extrudeuse présente une zone de travail du mélange à extruder, et la section ou au moins l'une des sections est située en aval de la zone de travail. Avantageusement, l'extrudeuse présente une zone de mise sous pression du mélange à extruder, et la section ou au moins l'une des sections est située en aval de la zone de mise sous pression.
On peut prévoir que l'extrudeuse est apte à obturer au moins 60% d'au moins deux sections du conduit orthogonales à l'axe de la vis.
Ainsi, on peut prévoir simultanément des restrictions de différentes sections.
De préférence, l'extrudeuse est apte alors à obturer les sections dans des proportions différentes.
Il est alors possible d'extruder le même mélange successivement selon deux intensités identiques ou différentes ou encore d'intervenir en même temps sur des mélanges situés dans des zones différentes de la machine.
Avantageusement, l'extrudeuse comprend au moins un doigt fixe par rapport au support. Les doigts montés mobiles permettent de faire varier le travail appliqué au mélange à extruder. Le doigt fixe suppose une discontinuité au sein du filet de la vis de l'extrudeuse et permet aussi au mélange d'avancer plus facilement dans le conduit.
Avantageusement, l'extrudeuse comprend au moins une valve de dégazage située dans la section ou au moins l'une des sections.
La valve de dégazage permet d'expulser du conduit l'air situé entre deux mélanges.
Avantageusement, la valve de dégazage ou au moins l'une des valves de dégazage est logée à l'intérieur du doigt fixe ou de l'un des doigts fixes, ce qui permet un gain d'espace à l'intérieur du support et une protection de la valve par l'armature du doigt fixe. Avantageusement, l'extrudeuse est équipée d'au moins un capteur de pression, de température, de débit, de rugosité et/ou d'aspect du mélange permettant une collecte de données d'extrusion en temps réel.
Avantageusement, au moins une position des doigts est asservie selon au moins un des paramètres suivants:
- une pression à l'intérieur du support,
- une température à l'intérieur du support,
- une température du mélange,
- un aspect du mélange,
- une rugosité du mélange, et
- un débit du mélange.
Cet asservissement d'au moins une position des doigts permet la régulation de l'extrudeuse selon une ou plusieurs consignes d'entrées prédéterminées.
On prévoit également selon l'invention un procédé d'extrusion d'un mélange d'élastomères ou de produits plastiques, dans lequel :
- on fait passer un mélange à extruder dans un conduit formé par un support et une vis d'extrusion, puis
- grâce à plusieurs doigts montés mobiles par rapport au support, identiques entre eux, on obture au moins 60 % d'au moins une section du conduit orthogonale à un axe de la vis.
Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et à l'appui des figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale de l'ensemble d'une extrudeuse selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'une partie de l'ensemble de la figure 1 illustrant les doigts mobiles de l'extrudeuse de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe selon le plan lll-lll des figures 1 et 2 présentant des doigts montés mobiles par rapport au support 4, dans une position rentrée ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 présentant les doigts mobiles dans une position sortie ; et
- la figure 5 est un schéma illustrant la régulation de l'extrudeuse selon des consignes d'entrées prédéterminées.
- la figure 6 est une vue en coupe schématique selon le plan lll-lll des figures 1 et 2 illustrant le calcul d'un taux d'obturation obtenu selon l'un des modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 présente l'ensemble de l'extrudeuse 1 du présent mode de réalisation. Elle comporte un bâti 2 à partir duquel s'étend un support 4. Une vis d'extrusion 6 est montée mobile à rotation, à l'intérieur du support 4, selon un axe longitudinal 8. Cet axe est ici horizontal. La vis est reçue coaxialement dans un logement cylindrique du support à section circulaire dans un plan perpendiculaire à l'axe 8. La vis et le support forment donc un passage allongé destiné à recevoir le mélange à extruder.
Sur les figures 1 et 2, il est possible de distinguer différentes zones de l'extrudeuse. Une partie amont de l'extrudeuse, par référence à la direction de parcours du mélange le long de l'axe de droite à gauche sur les figures, s'étendant en amont du plan AO perpendiculaire à l'axe 8, est appelée zone de mise sous pression Pr du mélange à extruder précédée en amont par une zone d'alimentation munie d'une goulotte de réception de mélange. La partie de l'extrudeuse s'étendant entre les plans, parallèles entre eux, A0 et A1 est une première zone de travail, celle comprise entre A1 et A2 est une deuxième zone de travail munie de doigts fixes B2 et celle comprise entre A2 et A3 est une troisième zone de travail, en aval donc de la précédente. L'ensemble des zones compris entre les plans A0 et A3 est appelée zone de travail B du mélange à extruder.
La figure 2 est une vue à échelle agrandie de l'ensemble de la figure 1 illustrant mieux la vis d'extrusion 6. L'extrudeuse comporte des doigts pouvant se répartir, de manière préférentielle selon les modes de réalisations prévues par l'invention, en deux catégories: des doigts montés fixes et des doigts montés mobiles 100.
Chacun des doigts a une forme générale allongée cylindrique et a son axe longitudinal orienté suivant une direction radiale à l'axe 8 de la vis.
Doigts montés fixes
Sur la figure 2, on distingue des doigts fixes 112 à 612 situés dans des plans B1 à B6 parallèles aux plans A0, A1 et A2, situés dans la deuxième zone de travail, disposés selon un pas constant le long de l'axe 8. Ces plans sont numérotés B1 , B2, B3, B4, B5, B6 leur nombre exact relevant du choix de géométrie de l'extrudeuse de l'homme du métier. Dans chaque plan B, sont disposés plusieurs doigts fixes, par exemple huit, uniformément répartis sur la circonférence du support 4 et numérotés 112, pour le plan B1 , 212 pour le plan B2 etc .. Ces doigts fixes assurent le travail minimal nécessaire pour les mélanges élastomères extrudés qui entrent dans la composition d'un pneumatique.
Sur les figures 3 et 4, dans le plan lll-lll, on distingue également des doigts fixes 121.
Doigts montés mobiles 100
Sur les figures 3 et 4, on distingue également les doigts 100 montés mobiles par rapport au support 4, leur nombre exact relevant du choix de géométrie de l'extrudeuse, plus particulièrement il est fonction du taux de fermeture souhaité, du diamètre intérieur du support et de la résistance mécanique aux sollicitations des doigts.
Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe selon le plan lll-lll des figures 1 et 2. Elles illustrent un mode de réalisation prévu par l'invention, en particulier celui dans lequel l'extrudeuse possède au moins un doigt 121 monté fixe par rapport au support, à l'intérieur duquel est logée une valve de dégazage 24.
Est également visible sur les figures 3 et 4 le conduit de passage annulaire 107 formé entre la vis et le support à travers lequel le mélange d'élastomère ou de produits plastiques se déplace.
Tous les doigts, fixe et mobiles, se trouvant dans ce plan de coupe sont disposés avec leurs axes dans le même plan. Ils forment une configuration en étoile. Tous les doigts mobiles sont ici identiques les uns aux autres. Tous les doigts sont régulièrement répartis autour de l'axe.
Mis à part le doigt fixe 121 , tous les autres doigts 100 sont montés mobiles par rapport au support 4 en étant reçus dans des logements radiaux respectifs de ce dernier.
L'extrudeuse comprend, pour chaque ensemble de doigts mobiles se trouvant dans un même plan perpendiculaire à l'axe, une couronne annulaire plate 14 coaxiale au support et à la vis. La couronne s'étend à l'extérieur du support et permet de piloter les doigts du plan associé.
Les doigts sont reliés à la couronne 14 par l'intermédiaire de galets 16 mobiles à l'intérieur de gorges oblongues traversantes respectives 18 ménagées dans la couronne 14. Chaque doigt est solidaire d'une tige sur laquelle le galet correspondant est fixé en étant mobile à rotation, l'axe de rotation du galet étant parallèle à l'axe de la vis et distant de ce dernier.
La couronne 14 est montée mobile à rotation autour de l'axe 8 par rapport au support en étant guidée par des moyens appropriés. Elle est actionnée par exemple grâce à un vérin 20 doté d'un piston 22. Les deux extrémités du vérin sont articulées respectivement à la couronne et au bâti. Ainsi, la course rectiligne du piston 22 entraine la rotation, par rapport au support 4 et selon l'axe 8, de la couronne 14. Les gorges 18 pivotent alors autour de l'axe 8 et permettent ainsi aux doigts 100 de se déplacer radialement à l'axe 8 vers la vis d'extrusion 6 ou en direction opposée. Ainsi, la course du vérin 20 pilote la position des doigts 100 à l'intérieur du support 4. Les doigts 100 peuvent donc prendre toutes les positions désirées entre une position totalement rentrée (illustré à la figure 3) et une position totalement sortie du passage (illustrée à la figure 4). En position rentrée, la plus grande partie de la distance entre le logement du doigt et le noyau de la vis est occupée par le doigt. En position sortie, cette distance est laissée entièrement libre par le doigt.
Dans une réalisation préférentielle, les doigts mobiles 100 coulissent chacun dans une chemise lubrifiée 102. Ceci permet de réduire l'effort du vérin 20 pour déplacer les doigts mobiles 100.
Quand les doigts 100 montés mobiles sont en position rentrée, l'extrudeuse se comporte comme si elle n'avait pas ce système. La perte de charge de l'extrudeuse est faible : il est alors possible d'extruder des mélanges nécessitant peu de travail et beaucoup de débit. Cette position permet également de vidanger rapidement l'extrudeuse. De préférence, les doigts montés fixes 112, 121 aident également à vidanger l'extrudeuse.
Quand les doigts 100 montés mobiles sont en position complètement sortie, le travail est maximal, la perte de charge est grande et la vis commence à patiner.
L'extrudeuse est donc apte à obturer, pour chaque couronne 14 reliée à des doigts montées mobiles 100, une section du conduit de passage grâce à la position variable des doigts dans le conduit.
Suivant la position des doigts, on obtient donc différents taux d'obturation de ce conduit. Par exemple, au moins 60% d'une section du conduit pour une position partiellement rentrée des doigts, puis à mesure que les extrémités des doigts 100 se déplacent vers l'axe 8, l'extrudeuse est apte à obturer au moins 80% de la section, pour enfin atteindre une obturation de 96% de la section dans une position où le diamètre du noyau de la vis d'extrusion 6 est proche d'un cercle formé par les extrémité des doigts 100. A titre d'illustration, visible sur la figure 6, 20 doigts (19 doigts montés mobiles 100 et un doigt monté fixe 121 ) de diamètre 18 mm obturent 96% d'une section d'un conduit formé par une vis d'extrusion de diamètre 149,8 mm ayant un noyau de diamètre 118 mm qui tourne à l'intéri e calcul est le suivant :
Aire cm2
Figure imgf000008_0001
Aire de la section d'un doigt = 3.02 cm2
Aire du conduit 107 non obstruée = 176.7— 109.36— (20 x 3.02) = 6.94 cm2 6.94 \
Taux d'obturation = 1 x 100 = 96%
V 176.7 /
Une obturation de 0% correspond à la position sortie des doigts.
Les couronnes 14a et 14b illustrées sur la figure 2 sont exactement identiques. Leur fonctionnement est décrit à l'appui des figures 3 et 4 comme explicité plus haut.
L'extrudeuse est capable d'obturer de la sorte plusieurs sections du conduit suivant le nombre de couronnes disposées suivant l'axe 8 le long de son support 4.
Comme illustré à la figure 2, les sections peuvent être situées en aval de la zone de travail munie de doigts fixes B, par exemple la section située dans le plan de la couronne 14b, mais aussi en amont de la zone de travail munie de doigts fixes B, par exemple la section située dans le plan de la couronne 14a qui se trouve immédiatement en aval de la zone de mise en pression. Les sections peuvent également être situées directement en aval de la zone de mise en pression, comme c'est le cas de la couronne 14a.
L'extrudeuse est également équipée de capteurs. Ces capteurs permettent la collecte de données pendant le fonctionnement de l'extrudeuse, à l'intérieur ou en sortie de l'extrudeuse, à propos de différentes grandeurs physiques propres au mélange ou à l'extrudeuse.
Par exemple, un ou plusieurs capteurs de température, de type thermocouple, peuvent être installés dans le conduit de passage de l'extrudeuse pour déterminer la température à l'intérieur de l'extrudeuse ou la température du mélange pendant l'extrusion. Il également possible d'installer un capteur de température du mélange en sortie de l'extrudeuse pour vérifier que le mélange est à la température idoine pour être utilisée directement à sa sortie.
Un ou plusieurs capteurs de pression peuvent également être installés à l'intérieur de l'extrudeuse. Par exemple, ils sont de la marque Dynisco selon l'un des modes de réalisation de l'invention. Ils permettent de contrôler la pression interne du conduit de passage. En effet, selon l'obturation d'une ou plusieurs sections du conduit, la pression interne peut être très importante (pouvant arriver même à environ 1000 bars, soit 108 Pa, pour une obturation d'environ 96% d'une section). Il est également souhaitable de contrôler précisément la mise sous pression du mélange et donc de disposer d'un capteur de pression dans la zone de mise sous pression de l'extrudeuse.
Un meilleur contrôle de la pression interne de l'extrudeuse, à différents endroits de l'extrudeuse, permet un meilleur contrôle du débit du mélange à extruder. En effet, le débit et la pression à l'intérieur de l'extrudeuse sont liés. Le débit du mélange à extruder à travers le conduit de l'extrudeuse est un des paramètres qui déterminent le travail appliqué au mélange par la vis d'extrusion. Il est donc souhaitable de disposer également d'un ou plusieurs capteurs de débit au sein de l'extrudeuse. Grâce à ceux-ci, on peut, par exemple, contrôler le débit d'entrée dans le conduit du mélange, le débit à travers une section obturable du conduit ou le débit en sortie d'extrudeuse.
Il est également préférable de contrôler la rugosité et l'aspect du mélange. Celui-ci peut être appréhendé selon l'épaisseur du mélange ou sa texture (grumeleuse ou non). Pour réaliser ce contrôle, on peut équiper l'extrudeuse de capteurs d'épaisseur, par exemple des capteurs laser, ou encore des caméras CCD qui permettent un contrôle de la texture du mélange et peuvent donc être considérées comme des capteurs d'aspect. Par ailleurs, les capteurs de rugosité pouvant équiper l'extrudeuse utilisent généralement une technologie optique.
Cette extrudeuse est capable d'extruder une très large gamme de mélanges si bien que tous les mélanges de gommes utilisés pour réaliser une bande de roulement d'une ébauche de pneumatique sont extrudables par la même extrudeuse. Ces différences entre les mélanges s'expriment selon l'indice de plasticité Mooney.
Pour caractériser la plasticité d'un matériau, on utilise un consistomètre oscillant tel que décrit dans la norme française NF T 43-005 (1991 ). La mesure de plasticité Mooney se fait selon le principe suivant : la composition à l'état cru (i.e., avant cuisson) est moulée dans une enceinte cylindrique chauffée à 100°C (373.25 K). Après une minute de préchauffage, le rotor tourne au sein de l'éprouvette à 2 tours/minute et on mesure le couple utile pour entretenir ce mouvement après 4 minutes de rotation. La plasticité Mooney (ML 1 +4) est exprimée en "unité Mooney" (UM, avec 1 UM=0,83 Newton. mètre). Plus la valeur de Mooney est basse, plus la viscosité avant cuisson est faible et meilleure est la processabilité de la composition.
A titre d'exemple de la large gamme de mélanges extrudés, les mélanges de gomme utilisés pour créer un ensemble de bande de roulement sont : un premier matériau en caoutchouc naturel à 100% pour réaliser une sous-couche avec un indice de Mooney ML1 +4 de 80 à 110, puis un deuxième matériau pour réaliser la bande de roulement en caoutchouc synthétique à 100% avec un indice de Mooney ML1 +4 de 70 à 100 suivis d'un troisième matériau pour réaliser les flancs composé d'un mélange de caoutchouc naturel/ caoutchouc synthétique (20% à 80% de caoutchouc naturel) avec un indice de Mooney de ML1 +4 de 50 à 100.
Les composants structurels de l'extrudeuse, un exemple de capteurs permettant la collecte de données et un exemple de mélanges pouvant être extrudés par l'extrudeuse ayant été décrits, nous allons maintenant décrire les usages possibles de l'extrudeuse.
Usuellement, une extrudeuse est configurée pour permettre le meilleur compromis débit/température/travail/aspect pour le produit sortant le plus difficile à mettre en œuvre. Cette contrainte pénalise la performance d'extrusion des matériaux plus faciles à travailler. Le procédé de l'invention permet de configurer l'extrudeuse en continu en fonction des mélanges entrants. Le principe proposé permet de faire varier la section d'écoulement du matériau donc la perte de charge de l'extrudeuse pour optimiser le compromis débit/température/travail/aspect.
Le procédé est mis en œuvre comme suit.
Avant l'introduction du premier mélange, la position des doigts 100 est définie selon les propriétés physiques désirées en sortie de l'extrudeuse du premier mélange. Le travail appliqué par la vis 6 au mélange, appelé cisaillement, est donc initialement fixé.
Le premier mélange est introduit dans l'extrudeuse, il traverse la zone de mise sous pression A, puis arrive dans la zone de travail B de l'extrudeuse.
II s'étend à présent dans le conduit à travers une ou plusieurs des sections obturables grâce aux différentes couronnes 14 pilotant les doigts 100. Suivant la position des doigts 100 dans les sections, le cisaillement du mélange par la vis 6 est plus ou moins grand. Par exemple, en position complètement sortie, le travail est maximal, et la perte de charge est grande. Cela permet de travailler le matériau à différents niveaux de consistance générés par l'élévation de sa température et selon différentes intensités.
A ce stade, le premier mélange étant introduit dans l'extrudeuse, on y introduit le second mélange. L'extrudeuse n'est pas arrêtée à cette occasion et continue à fonctionner normalement.
Dès que le premier mélange commence à sortir de l'extrudeuse, les collectes de données par les capteurs (visibles sur la figure 2) permettent de corriger si nécessaire les positions initiales des doigts 100. Comme illustré sur les figures 2 et 5, une régulation du procédé est réalisée (symbolisée par la lettre R).Le procédé devient auto-adaptatif grâce aux moyens techniques auto-adaptatifs de l'extrudeuse pilotés par des retours (température, aspect, rugosité, débit, pression symbolisés par les lettres T, A, Rg, D et P sur la figure 5). Bien entendu, si les capteurs présents à l'intérieur de l'extrudeuse mais pas en sortie de l'extrudeuse indiquent une pression, une température ou un débit anormal, une correction est apportée sans attendre la sortie du premier mélange. On réalise ainsi une régulation du procédé. Par exemple, on mesure l'aspect de l'extrudat de gomme en sortie de l'extrudeuse, par exemple sous la forme d'une bandelette. Si l'aspect se dégrade, on commande (symbolisé par la lettre C sur la figure 5) par exemple la sortie des doigts 100 d'une (ou des) couronne(s) afin d'augmenter le niveau de travail et de d'améliorer l'aspect du produit. On contrôle que la modification de position des doigts n'entraine pas une augmentation de température au-delà des tolérances. On doit également contrôler que la pression en amont des couronnes de doigts ne soit pas trop excessive.
A mesure que le premier mélange sort de l'extrudeuse doté des propriétés physiques voulues, il est utilisé immédiatement. Alors que le premier mélange est extrudé par la vis 6 selon différentes intensités de cisaillement (plus les doigts 100 montés mobiles sont sortis, plus le travail, ie le cisaillement augmente et ce jusqu'à la fermeture quasi-totale de la section)., le second mélange arrive dans la zone de pression A. Pour éviter que les deux mélanges ne se mêlent, on réduit la section de passage du conduit en aval de laquelle se trouve l'intégralité du premier mélange.
La réduction est obtenue par l'avancée des doigts 100 montés mobiles dans le conduit. Suivant l'indice de Mooney du second mélange, l'obturation nécessaire est plus ou moins grande. Par exemple, elle peut être de 60%, ou 80% voire même 96%. Cette section réduite est située à l'entrée ou en sortie de la zone de travail B mais pas nécessairement. En l'espèce, il peut s'agir de la section 14b ou 14a. La section réduite peut aussi être située au milieu de la zone de travail B, délimitant ainsi une zone de travail propre entre deux sections obturées.
Généralement, il existe un tronçon de l'extrudeuse, délimité en aval par la section obturée, considéré comme principalement rempli de gaz. Il est alors utile de dégazer ce tronçon. Le dégazage contribue à la continuité du produit sortant, sans inclusion d'air et sans les nuisances sonores. La valve de dégazage 24 permet de réaliser cette opération. Elle est située dans la section obturée, dans un doigt fixe 121 ou pas. Elle est fermée lorsqu'une pression de gomme est détectée et s'ouvre mécaniquement lorsque la pression de gomme détectée au niveau de cette couronne est nulle.
Une fois le dégazage effectué, on augmente la section de passage, grâce au retrait des doigts mobiles 100. Suivant l'indice Mooney du second mélange, l'augmentation est plus ou moins importante avant que le second mélange puisse traverser la section obturée. On peut également prévoir, de manière alternative ou non, qu'on attend qu'une plus grande partie du premier mélange soit évacuée avant que l'étape d'augmentation de la section ne commence.
De la même manière que pour le premier mélange, une fois que le second mélange commence à sortir de l'extrudeuse, les données collectées par les capteurs situés en sortie de l'extrudeuse permettent un pilotage dynamique de la position des doigts pour ajuster au besoin le cisaillement appliqué au mélange dans une zone de travail B de l'extrudeuse.
Ce procédé défini par ses étapes successives est donc automatisé selon une consigne d'au moins un des paramètres suivants :
- une pression à l'intérieur du support,
- une température à l'intérieur du support,
- une température d'au moins un des mélanges,
- un aspect d'au moins un des mélanges. - une rugosité d'au moins un des mélanges.
Généralement, l'extrudeuse est pilotée grâce à ce procédé en fonction de plusieurs de ces paramètres comme expliqué précédemment.
L'extrudeuse peut être dotée de moyens de commandes informatiques commandés par au moins un programme d'ordinateur. Ce programme comprend sous forme enregistrée des instructions de code aptes à commander la mise en œuvre du procédé lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur de l'extrudeuse. Ainsi, il est notamment possible d'y enregistrer :
- les données caractéristiques des mélanges à extruder,
- les caractéristiques désirées en sortie des mélanges à extruder, et
- les caractéristiques géométriques des éléments structurels de l'extrudeuse.
Un avantage du procédé décrit ci-dessus est qu'il permet de mieux gouverner le changement des matériaux entrants, tout en assurant la continuité du produit sortant et également de limiter le volume de produit mixé.
Un autre avantage est qu'il permet d'optimiser le compromis débit/température/travail/aspect du produit sortant. Ce procédé mis en œuvre par l'extrudeuse permet donc d'atteindre un niveau de flexibilité élevé. Le système permet aussi de gérer les variations de produit contenu dans l'extrudeuse lors des phases transitoires (arrêt, redémarrage, remplissage, vidage).
II permet également de compenser les variations géométriques de l'extrudeuse (usure générale, dispersion mécanique). Il permet aussi de compenser les variabilités du produit entrant (dimensions, fournisseurs, vieillissement). A contrario d'une extrudeuse classique dans laquelle le débit décroit avec l'usure, une extrudeuse dotée de ce procédé assure un maintien du débit par l'ouverture de la section d'écoulement.
Le système permet de gérer le changement des matériaux entrants, tout en assurant la continuité du produit sortant et également de limiter le volume de produit mixé. De manière préférentielle, le procédé évite de mélanger le premier matériau et le second matériau, (mélange de propriétés non conformes qui doit être évacué sous forme de chutes). Il permet également d'éliminer chutes lors du changement mélange.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.
Dans une variante, non illustrée sur les figures, la couronne 14 est absente, chaque doigt mobile 100 étant actionné par son propre vérin, les vérins de tous les doigts étant reliés à une unité centrale de commande.

Claims

Revendications
1. Extrudeuse (1 ) pour un mélange d'élastomères ou de produits plastiques, caractérisée en ce qu'elle comprend un support (4), des doigts montés mobiles (100) par rapport au support (4), identiques entre eux, et une vis d'extrusion (6), le support (4) et la vis (6) formant un conduit de passage pour le mélange à extruder, l'extrudeuse (1 ) étant apte à obturer au moins 60% d'au moins une section du conduit orthogonale à un axe de la vis (6).
2. Extrudeuse (1 ) selon la revendication précédente apte à obturer au moins 80%, de préférence 96%, de la section ou d'au moins l'une des sections du conduit.
3. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une zone de travail (B) du mélange à extruder, la section ou au moins l'une des sections étant située en aval de la zone de travail.
4. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une zone de travail (B) du mélange à extruder, la section ou au moins l'une des sections étant située en amont de la zone de travail.
5. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une zone de mise sous pression (P) du mélange à extruder, la section ou au moins l'une des sections étant située en aval de la zone de mise sous pression.
6. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, apte à obturer au moins 60% d'au moins deux sections du conduit orthogonales à l'axe de la vis (6), l'extrudeuse (1 ) étant apte de préférence à obturer les sections dans des proportions différentes.
7. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un doigt (121 , 212) fixe par rapport au support.
8. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins une valve (24) de dégazage située dans la section ou au moins l'une des sections.
9. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 dans laquelle la valve (24) de dégazage ou au moins l'une des valves (24) de dégazage est logée à l'intérieur du doigt fixe (121 , 212) ou de l'un des doigts fixes (121 , 212).
10. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes équipée d'au moins un capteur de pression, de température, de débit, de rugosité, et/ou d'aspect du mélange.
11. Extrudeuse (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle au moins une position des doigts (100) est asservie selon au moins un des paramètres suivants: - une pression à l'intérieur du support,
- une température à l'intérieur du support,
- une température du mélange,
- un aspect du mélange,
- une rugosité du mélange, et
- un débit du mélange.
12. Procédé d'extrusion d'un mélange d'élastomères ou de produits plastiques, caractérisé en ce que :
- on fait passer un mélange à extruder dans un conduit formé par un support et une vis d'extrusion, puis
- grâce à plusieurs doigts montés mobiles par rapport au support, identiques entre eux, on obture au moins 60 % d'au moins une section du conduit orthogonale à un axe de la vis.
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