La présente invention concerne un élément de vis pour une extrudeuse bivis corotative. L'invention concerne également une vis et une extrudeuse bivis corotative, incluant un tel élément de vis.

L'invention s'intéresse au domaine des machines d'extrusion bivis, couramment appelées extrudeuses bivis. Ce type d'extrudeuse comporte deux vis, généralement parallèles, tournant à l'intérieur d'un fourreau de l'extrudeuse, dont la section à la forme d'un huit. Dans ce domaine, on distingue les extrudeuses bivis corotatives, dans lesquelles les deux vis tournent dans le même sens, et les extrudeuses bivis contrarotatives, dans lesquelles les vis tournent en sens inverse l'une de l'autre. L'invention a trait aux extrudeuses bivis corotatives.

Depuis maintenant plusieurs décennies, les vis des extrudeuses bivis sont réalisées en empilant des éléments de vis individuels sur deux arbres d'entraînement en rotation, typiquement des arbres cannelés, qui assurent la transmission du couple aux éléments de vis. Chaque élément de vis est caractérisé par sa longueur, son pas, son nombre de filet(s) et son sens d'hélice. On trouve ainsi des éléments de vis à pas positif, et d'autres à pas négatif, appelés parfois « contrefilets ». D'autres pièces individuelles sont souvent empilées avec les éléments de vis précités, tels que des disques mélangeurs, des pièces de raccordement, etc.

Ainsi, chaque élément de vis présente une géométrie externe filetée, qui sert au convoyage de la matière traitée par l'extrudeuse, cette géométrie étant de caractéristique constante tout le long de l'élément de vis. L'utilisation de tels éléments de vis individuels présente de nombreux avantages, parmi lesquels la facilité de leur usinage individuel, la réduction des coûts de fabrication des vis des extrudeuses, et la possibilité d'abouter des éléments de vis différents, sans espace mort entre eux où risquerait de s'accumuler de la matière traitée par l'extrudeuse. GB-A-1 125 775 divulgue de tels éléments de vis individuels. Cette structure modulaire des vis, qui est préférée pour les avantages précités, tend à supplanter une approche technique plus ancienne, qui n'est pas concernée par l'invention et selon laquelle chaque vis n'inclut pas de tels éléments aboutés, mais est constituée sur toute sa longueur d'un unique corps fileté monolithique, comme divulgué dans JP-S64 63109, US-A-3 667 733, US-A- 5 527 106 et JP- H01 146723.

GB-A-1 125 775 divulgue l'aboutement d'un élément de vis ayant un pas direct, ou autrement appelé pas positif, et d'un élément de vis ayant un pas inverse, ou autrement appelé pas négatif. Un tel aboutement est généralement considéré comme à éviter ou, à tout le moins, est source de difficultés de mise en œuvre : en effet, du fait qu'un ou plusieurs filets à pas direct d'un premier élément de vis précèdent ou suivent, directement, un ou plusieurs filets à pas inverse d'un second élément de vis, les contraintes mécaniques transmises par la matière traitée à l'arbre de la vis et au fourreau de l'extrudeuse sont décuplées, dans le sens où les contraintes résultant de l'action du ou des filets du premier élément de vis s'additionnent à celles résultant de l'action du ou des filets du second élément de vis. Cette situation conduit typiquement à des vibrations de l'extrudeuse, voire à son usure accélérée, au niveau de sa région de singularité où sont aboutés les éléments de vis respectivement à pas direct et à pas inverse.

Le but de la présente invention est de proposer un nouvel élément de vis qui facilite la réalisation de vis pour une extrudeuse bivis corotative, le long desquelles se succèdent au moins un filet ayant un pas direct et au moins un filet ayant un pas inverse.

A cet effet, l'invention a pour objet un élément de vis pour une extrudeuse bivis corotative, tel que défini à la revendication 1 .

Une des idées à la base de l'invention est de dissocier la jonction géométrique, entre au moins un filet ayant un pas direct et au moins un filet ayant un pas inverse, de la jonction physique entre deux éléments de vis aboutés. Selon l'invention, la jonction géométrique précitée est prévue dans une zone centrale d'un élément de vis conforme à l'invention, c'est-à-dire, plus généralement, dans l'étendue courante de cet élément de vis, tandis que, de part et d'autre de cette zone de jonction suivant l'axe de l'élément de vis, le corps monobloc de ce dernier inclut une partie axiale filetée à pas direct et une partie axiale filetée à pas inverse. Selon l'invention, la jonction entre les filets à pas direct et à pas inverse est réalisée par un raccordement, transversal à l'axe, entre les filets précités : autrement dit, ce raccordement est formé par une géométrie externe de l'élément de vis, qui est en saillie du corps monobloc de l'élément de la même façon que sont en saillie les filets des première et seconde parties. Une telle géométrie externe saillante a pour fonction de convoyer, d'une des première et seconde parties à l'autre, la matière traitée par l'extrudeuse, tout en évitant l'accumulation de cette matière entre les première et seconde parties. En particulier, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, qui sera détaillé plus loin mais qui n'est pas limitatif, la zone de jonction précitée s'étend selon l'axe de l'élément de vis, en occupant ainsi une troisième partie de cet élément de vis, interposée directement entre les première et seconde parties, et présente des surfaces gauches sensiblement hélicoïdales qui, conjointement, assurent le raccordement entre les filets respectifs des première et seconde parties. Quelque soit le mode de réalisation de l'invention, les contraintes résultant de la singularité de jonction entre les filets respectifs des première et seconde parties sont supportées par l'étendue courante de l'élément de vis conforme à l'invention, de manière plus efficace et plus stable, notamment en limitant, voire annulant, les vibrations et l'usure de l'extrudeuse à ce niveau. De plus, l'élément de vis conforme à l'invention permet de conserver les avantages liés à la constitution des vis d'extrudeuse par empilement d'éléments de vis individuels, à savoir que l'élément de vis conforme à l'invention est interchangeable et peut facilement être abouté avec d'autres éléments de vis, qui sont soit préexistants, soit conformes à la présente invention.

Des caractéristiques additionnelles avantageuses de l'élément de vis conforme à l'invention, sont spécifiées aux revendications dépendantes.

L'invention a également pour objets une vis pour une extrudeuse bivis corotative, ainsi qu'une extrudeuse bivis corotative, telles que respectivement définies aux revendications 14 et 15.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en élévation, partiellement schématique, d'une extrudeuse conforme à l'invention ;

- la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 , illustrant l'extrudeuse après que ses vis aient effectué une rotation de 180° par rapporté la configuration montrée à la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 , illustrant, de manière isolée, un élément de vis conforme à l'invention, appartenant à l'extrudeuse de la figure 1 ;

- la figure 4 est une vue en élévation selon la flèche IV de la figure 3 ;

- la figure 5 est une vue en élévation selon la flèche V de la figure 4 ; et

- la figure 6 est une vue en élévation selon la flèche VI de la figure 5.

Sur les figures 1 et 2 est représentée une extrudeuse 1 . Cette extrudeuse 1 est qualifiée d'extrudeuse bivis, dans le sens où elle comprend deux vis 2, qui sont identiques et qui, dans le mode de réalisation considérée sur les figures, sont parallèles l'une à l'autre. Chaque vis 2 est montée dans l'extrudeuse 1 de manière rotative sur elle-même autour d'un axe géométrique X-X. Par le biais d'aménagements, qui sont connus en soi et qui seront quelque peu détaillés par la suite, la force motrice générée par une unité 4 appartenant à l'extrudeuse 1 est transmise à chacune des vis 2 de manière à, lorsque l'extrudeuse est en service, entraîner les deux vis en rotation sur elles-mêmes, et ce dans le même sens de rotation pour ces deux vis, de sorte que l'extrudeuse 1 est qualifiée d'extrudeuse bivis corotative.

Ainsi, la figure 1 illustre une première position angulaire des vis 2 autour de leur axe X-X, tandis que la figure 2 illustre une seconde position angulaire de ces vis 2, atteinte par rotation de 180 ° autour de l'axe X-X ce chacune des deux vis 2 depuis la première position.

De manière connue en soi, l'extrudeuse 1 sert à traiter une matière à extruder, cette matière étant introduite, en un ou plusieurs points, dans la partie amont d'un fourreau de l'extrudeuse, qui n'est pas représenté sur les figures et à l'intérieur du volume interne, à section transversale en forme de huit, duquel les vis 2 tournent. La matière ainsi introduite dans le fourreau est convoyée par les vis 2 jusqu'à une extrémité aval du fourreau non visible sur les figures, en subissant un traitement thermomécanique résultant de l'action des vis 2 tournant à l'intérieur du fourreau précité et, le cas échéant, de l'action de moyens d'échauffement ou de refroidissement de tout ou partie du fourreau. Sur les figures 1 et 2, le sens d'écoulement de la matière traitée par l'extrudeuse 1 est indiqué par la flèche 6.

Comme bien visible sur les figures 1 et 2, chaque vis 2 comporte une pluralité d'éléments de vis individuels, qui se succèdent de manière aboutée le long de l'axe X-X. Ainsi, dans l'exemple de réalisation considéré ici, chaque vis 2 comporte un élément de vis 10, qui est monté seul sur les figures 3 à 6 et qui va être décrit plus en détail par la suite, ainsi que des éléments de vis référencés 7, 8 et 9 : l'élément de vis 10 succède, suivant le sens de la flèche 6, à l'élément de vis 7, l'extrémité axiale arrière 10A de l'élément de vis 10 étant aboutée à l'extrémité axiale avant 7B de l'élément de vis 7, tandis que, toujours en considérant le sens de la flèche 6, l'élément de vis 8 succède à l'élément de vis 9 qui lui-même succède à l'élément de vis 10, l'extrémité axiale avant 10B de l'élément de vis 10 étant aboutée à l'extrémité axiale arrière 9A de l'élément de vis 9, et l'extrémité axiale avant 9B de l'élément de vis 9 étant aboutée à l'extrémité axiale arrière 8A de l'élément de vis 8.

On notera que, sur les figures 1 et 2, l'élément de vis 7 n'est indiqué que de manière schématique, sous forme d'un bloc dessiné en traits pointillés : cela illustre le fait que, en pratique, la forme de réalisation de l'élément de vis 7 n'est pas limitative de la présente invention, dans le sens où divers éléments de vis préexistants peuvent être aboutés contre l'extrémité arrière 10A de l'élément de vis 10. D'ailleurs, à titre de variante non représentée, l'élément de vis 10 peut être l'élément de vis le plus amont de la vis 2, ce qui revient à dire que l'élément de vis 10 n'est précédé par aucun autre élément de vis.

De la même façon, la forme de réalisation de l'élément de vis 9, aboutée contre l'extrémité avant 10B de l'élément de vis 10 n'est pas limitative de la présente invention. Ceci étant, dans le mode de réalisation considéré selon les figures, on notera que cet élément 9 est structurellement identique à l'élément de vis 10, tout en étant agencé en sens inverse, c'est-à-dire que l'extrémité arrière 9A de l'élément de vis 9 correspond structurellement à l'extrémité 10B de l'élément de vis 10 et l'extrémité avant 9B de l'élément de vis 9 correspond structurellement à l'extrémité 10A de l'élément de vis 10.

La suite de la description va s'intéresser plus en détail à l'élément de vis 10, en lien avec les figures 3 à 6.

L'élément de vis 10 comporte, voire, comme dans l'exemple de réalisation considéré ici, consiste en, un corps monobloc 1 1 qui relie l'une à l'autre les extrémités 10A et 10B de l'élément de vis et qui, en pratique, est réalisé en un alliage métallique.

Ce corps monobloc 1 1 est pourvu d'un alésage interne 12 indiqué en pointillés gras uniquement sur la figure 3. Cet alésage 12 est centré sur l'axe X-X et traverse axialement le corps monobloc 1 1 de part en part, en reliant l'une à l'autre les extrémités 10A et 10B de l'élément de vis. De manière connue en soi, cet alésage 12 est adapté pour recevoir axialement et se lier en rotation autour de l'axe X-X à un arbre complémentaire, non représenté sur les figures, appartenant à l'extrudeuse 1 et relié à l'unité motrice 4 afin d'être entraîné en rotation sur lui-même autour de l'axe X-X. A titre d'exemple connu, l'alésage interne 12 de l'élément de vis 10 est muni d'une pluralité de rainures axiales, réparties autour de l'axe X-X et conçues pour être engagées autour de cannelures correspondantes portées par l'arbre précité de l'extrudeuse 1 . Bien entendu, d'autres formes de réalisation sont envisageables pour l'alésage 12, sans être limitatives de la présente invention.

Comme indiqué sur les figures 3 à 6, le corps monobloc 1 1 de l'élément de vis 10 inclut, voire avantageusement consiste en, trois parties, qui se succèdent suivant l'axe X- X, qui sont traversées chacune par une partie correspondante de l'alésage 12, et qui se distinguent les unes des autres par la géométrie de leur face externe.

Ainsi, une première des trois parties précitées est référencée 14 et correspond à la partie axiale terminale du corps monobloc 1 1 , située le plus à gauche sur les figures 3 à 6. Cette partie 14 porte l'extrémité 10A de l'élément de vis 10 et s'étend axialement depuis cette extrémité vers les autres parties du corps monobloc 1 1 . La partie 14 est pourvue d'un unique filet externe en hélice 15, qui s'enroule autour du corps monobloc 1 1 avec un pas positif en considérant le sens de la flèche 6, et ce sur toute l'étendue axiale de la partie 14. De manière connue en soi, le filet 15 définit géométriquement une première enveloppe cylindrique E1 , qui est centrée sur l'axe X-X et qui contient le sommet du filet, ainsi qu'une seconde enveloppe cylindrique E2, qui est également centrée sur l'axe X-X et qui inclut le fond du filet. Autrement dit, l'enveloppe E2 inclut toute la surface externe de la partie 14, non recouverte par la structure en hélice du filet 15, cette structure en hélice s'étendant, transversalement à l'axe X-X, en saillie de cette enveloppe E2, jusqu'à l'enveloppe E1 . On note 15A et 15B les flancs, opposés l'un à l'autre, du filet 15, chacun de ces flancs correspondants à une surface hélicoïdale qui s'étend, transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E1 jusqu'à l'enveloppe E2, comme bien visible, par exemple, sur la figure 5.

Une seconde partie parmi les trois parties précitées du corps monobloc 1 1 de l'élément de vis 10 est référencée 16 et correspond à la partie axiale terminale du corps monobloc 1 1 , située le plus à droite sur les figures 3 à 6. Cette partie 16 porte l'extrémité 10B de l'élément de vis et s'étend axialement depuis cette extrémité vers les autres parties du corps monobloc 1 1 . La partie 16 est filetée de manière similaire à la partie 14, à la différence que le filetage de la partie 16 présente un pas de sens opposé à celui de la partie 14. Ainsi, plus précisément, dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, la partie 16 est pourvue d'un unique filet externe en hélice 17, qui s'enroule autour de la partie 16 avec un pas inverse en considérant le sens de la flèche 6,et ce sur toute l'étendue axiale de la partie 16. Le sommet du filet 17 est inclus dans l'enveloppe géométrique E1 , tandis que le fond du filet 17 est inclus dans l'enveloppe géométrique E2, comme bien visible sur les figures 3 à 6. On note 17A et 17B les flancs, opposés l'un à l'autre, du filet 17, correspondent respectivement à des surfaces hélicoïdales s'étendant, transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 jusqu'à l'enveloppe E1 , comme bien visible, par exemple, sur la figure 6.

La troisième des trois parties précitées du corps monobloc 1 1 de l'élément de vis 10 est référencée 18 et est interposée axialement entre les parties 14 et 16. Cette partie 18 assure une jonction directe entre les parties 14 et 16, dans le sens où l'étendue axiale de la partie 18 est égale à la distance axiale séparant les extrémités axiales respectives, en regard l'une de l'autre, des parties 14 et 16.

Comme représenté sur les figures 3 à 6, la partie 18 présente une géométrie externe complexe, qui, en particulier, n'est pas de révolution.

Plus précisément, dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, la partie 18 est, comme bien visible sur les figures 3 et 4, pourvue d'une première surface externe gauche 18A, qui, transversalement à l'axe X-X, s'étend depuis l'enveloppe E2 jusqu'à l'enveloppe E1 , et qui, suivant la direction de l'axe X-X, s'étend sur une partie seulement de la partie 18, depuis l'extrémité axiale du ce dernier, tournée vers la partie 14. Cette surface gauche 18A est sensiblement hélicoïdale, dans le sens où cette surface gauche 18A s'enroule autour de l'axe X-X, et ce dans le même sens que le filet 17 à pas inverse la partie 16. En pratique, cette surface gauche 18A ne correspond pas nécessairement à une portion d'hélice au sens géométrique strict du terme, mais, à titre de réalisation avantageuse, cette surface gauche 18A correspond géométriquement à une portion du flanc avant 17B du filet 17. A l'extrémité axiale de la partie 18, tournée vers la partie 14, la surface gauche 18A intersecte le flanc arrière 15A du filet 15, en formant une pointe 19 qui s'étend transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 jusqu'à l'enveloppe E1 .

A son extrémité axiale opposée à la pointe 19, la surface gauche 18A se raccorde de façon non tangentielle à une deuxième surface externe gauche 18B de la partie 18, comme bien visible sur la figure 4. Cette surface gauche 18B s'étend transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 jusqu'à l'enveloppe E1 . Comme bien visible sur les figures 4 et 5, cette surface gauche 18B est sensiblement hélicoïdale et se raccorde tangentiellement au flanc avant 15B du filet 15 au niveau de l'extrémité axiale de la partie 18, dirigée vers la partie 14. Autrement dit, la surface gauche 18B prolonge tangentiellement le flanc avant 15B du filet 15 de la partie 14 sur une partie axiale de la partie 18, en direction de la partie 16.

Comme bien visible sur les figures 4 et 5, la partie 18 est également pourvue d'une troisième surface externe gauche 18C qui s'étend transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 à l'enveloppe E1 . Cette surface gauche 18C est sensiblement hélicoïdale dans le sens où cette surface gauche 18C s'enroule autour de l'axe X-X dans le même sens que le filet 15 à pas direct de la partie 14, et ce depuis un niveau axial intermédiaire de la partie 18 jusqu'à l'extrémité axiale de la partie 18, dirigée vers la partie 16. En pratique, la surface gauche 18C ne correspond pas nécessairement à une portion d'hélice au sens strict du terme, bien que, à titre de réalisation avantageuse, cette surface gauche 18C correspond géométriquement à une portion du flanc arrière 15A du filet 15. Au niveau de l'extrémité axiale de la partie 18 dirigée vers la partie 16, la surface gauche 18C intersecte le flanc avant 17B du filet 17 de la partie 16, en formant une pointe 20 qui s'étend transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 à l'enveloppe E1 , comme bien visible sur les figures 4 et 5.

A son extrémité axiale opposée à la pointe 20, la surface gauche 18C se raccorde de manière non tangentielle à une quatrième surface gauche 18D de la partie 18, comme bien visible sur les figures 5 et 6. Cette surface gauche 18D s'étend transversalement à l'axe X-X, depuis l'enveloppe E2 jusqu'à l'enveloppe E1 . Cette surface gauche 18D est sensiblement hélicoïdale, dans le sens où elle s'enroule autour de l'axe X-X dans le même sens que le filet 17 à pas inverse de la partie 16, en se raccordant tangentiellement au flanc arrière 17A de ce filet 17 au niveau de l'extrémité axiale de la partie 18, dirigée vers le partie 16. Autrement dit, la surface gauche 18D prolonge tangentiellement le flanc arrière 17A du filet 17 de la partie 16 sur une partie axiale de la partie 18, en direction de la partie 14.

Au vu des explications qui précèdent, on comprend que les surfaces gauches 18A,

18B, 18C et 18D de la partie 18 servent, conjointement, à raccorder le filet 15 de la partie 14 au filet 17 de la partie 16. De cette façon, au sein de l'extrudeuse 1 , autrement dit lorsque les éléments de vis 10 appartenant respectivement aux deux vis 2 de cette extrudeuse coopèrent l'un avec l'autre par interpénétration des filets 15 et 17 d'un de ses deux éléments dans le chenal délimité en creux par les filets 15 et 17 de l'autre de ses deux éléments de vis, la matière traitée par l'extrudeuse s'écoule des parties respectives 14 vers les parties respectives 16, via les parties respectives 18. Les surfaces gauches 18A, 18B, 18C et 18D de chaque partie 18 évitent l'accumulation de la matière traitée par l'extrudeuse 1 , entre les parties 14 et 16. Il en résulte une limitation des contraintes mécaniques résultant du traitement de la matière s'écoulant le long des éléments de vis 10, évitant des vibrations ou une usure accélérée de l'extrudeuse au niveau de ces éléments de vis 10.

Avantageusement, afin d'équilibrer les efforts de fonctionnement de l'extrudeuse 1 au niveau des éléments de vis 10, les pointes 19 et 20 sont situées sensiblement à l'opposée l'une de l'autre autour de l'axe X-X, comme bien visible par comparaison des figures 3 et 5. Ainsi, les efforts de pénétration de la pointe 19 dans la matière traitée s'équilibrent sensiblement, autour de l'élément de vis 10, avec les efforts de pénétration de la pointe 20 dans la matière traitée. Les efforts précités tendent ainsi à s'annuler vis-à- vis de l'élément de vis 10 considéré dans son ensemble.

A titre d'option avantageuse, qui est d'ailleurs mise en œuvre dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, chaque élément de vis 10 est pourvu d'au moins un usinage externe au niveau de sa partie 16 et/ou de sa partie 18, agencée en travers du filet 17 et/ou d'au moins une des surfaces gauches 18A à 18D de la partie 18. Dans l'exemple de réalisation considéré ici, l'usinage précité consiste en des rainures 21 , qui, transversalement à l'axe X-X, sont chacune creusées dans le filet 17 depuis le sommet de ce dernier et qui, dans la direction de l'axe X-X, relient chacune les flancs 17A et 17B l'un à l'autre, comme bien visible sur les figures 3 à 6. Ces rainures 21 permettent à la matière poussée par le filet à pas direct 15 de la partie 14 de traverser la partie 16 et/ou la partie 18 avec une perte de charge limitée et, avantageusement, contrôlée. En pratique, la forme géométrique et le nombre de ces rainures ne sont pas limités à l'exemple de réalisation considéré sur les figures, mais peuvent faire l'objet de variantes.

Divers aménagements et variantes à l'élément de vis 10 et à l'extrudeuse 1 , décrits jusqu'ici, sont par ailleurs envisageables. A titre d'exemples :

- l'ordre dans lequel la partie filetée à pas direct 14 et la partie filetée à pas inverse 16 se succèdent le long de l'élément de vis, en considérant le sens de la flèche 6 d'écoulement de la matière dans l'extrudeuse n'est pas limité à celui illustré par l'élément de vis 10 ci-dessus ; cela est d'ailleurs illustré par l'élément de vis 9 ; - plutôt que de prévoir un unique filet pour la partie filetée à pas direct 14 et pour la partie filetée à pas inverse 16, l'une et/ou l'autre de ces parties 14 et 16 peuvent présenter plusieurs filets, respectivement à pas direct ou pas inverse, notamment deux ou trois filets ; et/ou

- plutôt que d'étendre la zone de jonction entre les parties 14 et 16 sur une étendue axiale du corps monobloc 1 1 de l'élément de vis 10, comme avec la partie 18, cette zone de jonction peut être essentiellement contenue dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X ; en particulier, dans ce cas, une forme de réalisation consiste à ce que, dans le plan précité, le flanc arrière 15A du filet 15 intersecte le flanc avant 17B du filet 17, en formant une pointe similaire à la pointe 19, et le flanc avant 15B du filet 15 intersecte le flanc arrière 17A du filet 17, en formant une pointe similaire à la pointe.