La présente invention concerne une extrudeuse à vis destinée à réduire l'énergie mécanique transformée en chaleur par la vis dans les extrudeuses.
Il est intéressant, pour augmenter les débits des extrudeuses, de faire tourner les vis aux vitesses les plus élevées possible. On possède actuellement des dispositifs pour que la matière extrudée reste homogène à ces hauts régimes. Un inconvénient majeur de ces grandes vitesses réside dans l'élévation de la température du produit extrudé. Ces hautes températures conduisent à une décomposition de la matière ou à une tenue insuffisante lorsque le profil quitte la filière à l'aval du processus. L'utilisateur se voit alors obligé de réduire la vitesse, avec comme conséquence, perte du débit et de production.
En étudiant différentes extrudeuses connues, destinées au travail de matières pâteuses ou visqueuses telles que plastique, caoutchouc, argile, produits alimentaires, etc., on a constaté que la largeur a du ou des filets de la vis avait une influence sur la température de la matière, dans le sens que des filets larges donnent une plus haute température que des filets étroits.
Ce phénomène s'explique lorsqu'on considère que le jeu entre la vis et le cylindre, plus exactement entre le sommet du filet et l'intérieur du cylindre, est occupé par de la matière à extruder qui constitue ce que certains auteurs appellent un flux de perte (Leckstrom). Cette matière est soumise à un cisaillement intense, dû au mouvement de la vis par rapport au cylindre et dû à la faible épaisseur de la couche. La force de cisaillement nécessite une puissance mécanique qui se transforme en chaleur par frottement. Malheureusement, il n'est pas possible de réduire la largeur du filet sans un inconvénient majeur, celui d'augmenter l'usure de la vis.
En effet, la vis est centrée dans le cylindre par son filet. Vis et cylindre constituent donc une sorte de palier. La largeur du filet a varie pratiquement entre 5 et 10% du diamètre de la vis.
Ainsi, par exemple, on observe fréquemment une largeur de 8 mm environ pour des vis de 100 mm de diamètre.
L'invention a pour but de diminuer l'effet du cisaillement de la matière le long des filets des vis d'extrudeuses, ceci sans entraîner une usure plus rapide des filets de la vis. D'une part, on économise la puissance nécessaire à faire tourner la vis, et d'autre part on obtient une température plus basse de la matière extrudée.
L'extrudeuse à vis selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comprend un palier situé vers la fin de la vis, entre celle-ci et le cylindre.
Le palier est destiné à centrer la vis dans le cylindre, tout en laissant passer la matière, le tout afin de permettre la réduction de la largeur du ou des filets sans en augmenter l'usure.
La présente invention peut s'adapter à tout type de vis, tel que vis à compression radiale, vis à pas progressif, vis avec zone d'homogénéisation, vis selon brevet suisse N 363149.
Un ou plusieurs de tels paliers peuvent également être prévus ailleurs qu'à l'extrémité de la vis, par exemple entre les différentes
zones de la vis, telles que zones d'alimentation, de fusion, de
décompression, de compression, de progression, etc. Ils sont spé
cialement utiles pour les extrudeuses ayant des vis longues, par
exemple supérieures à 15D (15 x le diamètre de la vis), à cause de
la flexibilité relative des longues vis. Ils peuvent être du type pas
soire tournante, où la lubrification peut être assurée par la matière
elle-même ou par un lubrifiant propre, avec ou sans joints d'étan
chéité. Les paliers peuvent être du type à bille ou encore du type à
patin où la matière se fait pincer par effet de coin et lubrifie le
palier comme l'huile dans les paliers à lubrification dynamique.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécu
tion de l'extrudeuse:
La fig. 1 est une vue en coupe axiale partielle de l'extrudeuse,
ceci à la partie terminale de la vis.
La fig. 2 est une vue en coupe selon II-II de la fig. 1.
Les fig. 3 et 4 sont des vues correspondantes aux fig. I et 2
d'une seconde forme d'exécution.
La première forme d'exécution, représentée aux fig. 1 et 2, comprend une vis (I) présentant un filet (2) et qui est destinée à tourner dans un cylindre (3). La vis (1) est centrée par rapport au cylindre (3) par des billes (4) logées dans un renfoncement (5) du cylindre (3). Ces billes sont maintenues à distances égales les unes des autres par des éléments non représentés sur la figure mais qui permettent le passage de la matière entre les billes (4).
La seconde forme d'exécution comprend la même vis (1) et son filet (2) tournant dans un cylindre (3). Ici, toutefois, le palier est constitué d'un corps (7) présentant des patins (8), le passage de la matière se faisant entre ces patins.
Ces formes d'exécution permettent de réduire la largeur des filets à moins de 5% du diamètre de la vis, jusqu'à ne former qu'une crête ou une lame de couteau en cas extrême.
The present invention relates to a screw extruder for reducing the mechanical energy converted into heat by the screw in the extruders.
It is advantageous, in order to increase the throughputs of the extruders, to rotate the screws at the highest possible speeds. Devices are currently available so that the extruded material remains homogeneous at these high speeds. A major drawback of these high speeds lies in the rise in the temperature of the extruded product. These high temperatures lead to decomposition of the material or to insufficient hold when the profile leaves the die downstream of the process. The user is then forced to reduce the speed, resulting in loss of throughput and production.
By studying various known extruders, intended for working with pasty or viscous materials such as plastic, rubber, clay, food products, etc., it was found that the width a of the thread (s) of the screw had an influence on the temperature of the screw. material, in the sense that wide threads give a higher temperature than narrow threads.
This phenomenon is explained when one considers that the clearance between the screw and the cylinder, more exactly between the top of the thread and the inside of the cylinder, is occupied by the material to be extruded which constitutes what some authors call a flux. loss (Leckstrom). This material is subjected to intense shearing, due to the movement of the screw relative to the cylinder and due to the thinness of the layer. The shear force requires mechanical power which turns into heat by friction. Unfortunately, it is not possible to reduce the width of the thread without a major drawback, that of increasing the wear of the screw.
Indeed, the screw is centered in the cylinder by its thread. Screw and cylinder thus constitute a kind of bearing. The width of the thread a varies practically between 5 and 10% of the diameter of the screw.
Thus, for example, a width of approximately 8 mm is frequently observed for screws with a diameter of 100 mm.
The object of the invention is to reduce the effect of the shearing of the material along the threads of the extruder screws, this without causing more rapid wear of the threads of the screw. On the one hand, the power required to rotate the screw is saved, and on the other hand, a lower temperature of the extruded material is obtained.
The screw extruder according to the invention is characterized in that it comprises a bearing located towards the end of the screw, between the latter and the cylinder.
The bearing is intended to center the screw in the cylinder, while letting the material pass, all in order to allow the width of the thread or threads to be reduced without increasing wear.
The present invention can be adapted to any type of screw, such as radial compression screw, progressive pitch screw, screw with homogenization zone, screw according to Swiss patent N 363149.
One or more of such bearings can also be provided elsewhere than at the end of the screw, for example between the different
areas of the screw, such as feed, fusion,
decompression, compression, progression, etc. They are special
especially useful for extruders with long screws, for
example greater than 15D (15 x the diameter of the screw), because of
the relative flexibility of long screws. They can be of the type not
rotating evening, where lubrication can be provided by the material
itself or by a clean lubricant, with or without gasket
cheesy. The bearings can be of the ball type or of the
pad where the material is pinched by a wedge effect and lubricates the
bearing like oil in dynamically lubricated bearings.
The drawing represents, by way of example, two forms of execution
tion of the extruder:
Fig. 1 is a partial axial sectional view of the extruder,
this at the end of the screw.
Fig. 2 is a sectional view along II-II of FIG. 1.
Figs. 3 and 4 are views corresponding to FIGS. I and 2
of a second embodiment.
The first embodiment, shown in FIGS. 1 and 2, comprises a screw (I) having a thread (2) and which is intended to rotate in a cylinder (3). The screw (1) is centered relative to the cylinder (3) by balls (4) housed in a recess (5) of the cylinder (3). These balls are kept at equal distances from each other by elements not shown in the figure but which allow the passage of the material between the balls (4).
The second embodiment comprises the same screw (1) and its thread (2) rotating in a cylinder (3). Here, however, the bearing consists of a body (7) having pads (8), the material passing between these pads.
These embodiments make it possible to reduce the width of the threads to less than 5% of the diameter of the screw, to the point of forming only a ridge or a knife blade in extreme cases.