Brevet FR2002755A1 — publié le 19691031

La présente invention se rapporte aux broyeurs à rouleaux destinés à mélanger, broyer ou disperser des matières diverses. On connaît déjà de nombreux types d*appareils qui permettent de mélanger, broyer et disperser des matières, mais la plupart de 5 ces appareils présentent l'inconvénient de ne pouvoir traiter aussi bien les liquides fluides que les matières très visqueuses. Ceci signifie que, dans certains procédés, par exemple lorsqu'on mélange des poudres avec des liquides, il est nécessaire de commencer par mélanger préalablement les matières dans un premier appa-10 reil, puis de transférer la pâte obtenue à un autre appareil qui est capable de produire une dispersion par cisaillement d'un degré élevé. Un but de la présente invention est de réaliser un broyeur à rouleaux qui est capable de traiter de façon appropriée un grand 15 nombre de types différents de matières. Les types de matières que le broyeur à rouleaux suivant l'invention est destiné à traiter comprennent les encres, les lubrifiants, les matières alimentaires, les peintures et le kaolin pour le couchage du papier- Certaines de ces matières se présentent au départ sous la forme pulvérulente 20 et il est nécessaire de les mouiller à fond avec une très petite quantité de liquide, de les mélanger pour en former une pâte homogène consistante jusqu'à ce que cette pâte soit exempte de grumeaux, puis de les disperser complètement et, ensuite, de les délayer en les mélangeant avec une quantité additionnelle de liquide. 25 L'invention a donc pour objet un broyeur à rouleaux, compre nant : une cuve dont la paroi latérale converge sous forme conique ou similaire en direction d'une première extrémité de façon que la surface interne de cette paroi latérale soit de forme à peu près tronconique; au moins trois rouleaux coniques qui tournent sur 30 leurs axes et qui sont disposés dans la cuve, le rouleau central étant d'une forme conique ou similaire qui s'évase en direction de ladite extrémité de la cuve et ayant un profil axial complémentaire de celui d'au moins deux rouleaux dont le diamètre croît en direction de l'autre extrémité de la cuve, l'agencement des rouleaux 35 étant tel que chaque rouleau soit de profil complémentaire, soit de celui d'au moins deux des autres rouleaux, soit de celui de la paroi latérale de la cuve et d'un autre rouleau, les rouleaux étant montés dans une tête, la tête et la cuve étant capables de tourner l'une par rapport à l'autre autour de l'axe de la cuve; et des mo-40 yens d'entraînement soit pour faire tourner les rouleaux sur leurs . 1 BâD ORIGINAL 69 04731 2. 2002755 axes, de façon que la tête et la cuve puissent tourner librement l'une par rapport à l'autre, soit pour faire tourner la cuve et la tête l'une par rapport à l'autre de telle façon que les rouleaux puissent tourner- librement sur leurs axes. 5 En raison de la forme conique de la cuve et des- rouleaux, les rouleaux ne roulent pas simplement l'un contre l'autre, mais par exemple, lorsque deux rouleaux de profil complémentaire (pour a-bréger on dira plus simplement "rouleaux complémentaires" ou "surfaces complémentaires"), tournent à la même vitesse, l'une des ex-10 trémités du premier rouleau possède une vitesse supérieure à celle de l'extrémité adjacente du rouleau complémentaire tandis que l'autre extrémité du premier rouleau possède une vitesse inférieure à celle de l'extrémité adjacente du rouleau complémentaire. En d'autres termes, la vitesse de mouvement relatif entre deux rouleaux 15 complémentaires varie le long de la ligne de contact. En un certain point de chaque ligne de contact entre deux rouleaux complémentaires, les rouleaux roulent simplement l'un sur l'autre, mais, aux autres points, il se produit un glissement. Il en résulte que la matière à mélanger n'est pas seulement écrasée dans l'intervall 20 entre deux rouleaux complémentaires (ou entre un rouleau et la cuve) mais est soumise à un fort effet de cisaillement. Le rouleau central est de préférence coaxial à la cuve» L'agencement des rouleaux est de préférence tel qu'en fonctionnement, les forces exercées sur les rouleaux soient équilibrées» Par consé 25 quent, si l'appareil ne comprend que trois rouleaux, deux de ces rouleaux sont de préférence situés sur des côtés diamétralement opposés du rouleau central tandis que, si l'appareil comprend quatre rouleaux, trois d'entre eux seront de préférence décalés angu— lairemerit de 120° autour du rouleau central. 30 Bien que l'appareil puisse comprendre plus de trois rouleaux (par exemple sept) montés dans la tête qui s'étend suivant un diamètre de la cuve, 11 est préférable que l'appareil ne comprenne qu'un seul rouleau entre le rouleau central et la paroi latérale de la cuve, suivant n'importe quel rayon de la cuve. 35 Les rouleaux et la cuve sont considérés comme complémentaires suivant une ligne de contact bien qu'ils puissent être en réalité sans contact entre eux. L'écartement (ou intervalle) entre les rouleaux et la cuve est de préférence réglable par déplacement de la tête par rapport à la cuve dans une direction parallèle à l'axe ^0 de la cuve. L'agencement est également de préférence tel qu'une V-a, BAD ORIGINAL 69 04731 3. 2002755 force axiale puisse être exercée entre la tête et la cuve, de façon à exercer une force entre les rouleaux et la cuve. Dans certains broyeurs à rouleaux déjà connus, la charge de pression des rouleaux sur la cuve, c'est-à-dire l'application d'une force entre 5 les rquleaux et la cuve est obtenue en exerçant une force sur les rouleaux dans une direction transversale à la longueur de ces rouleaux. Avec la forme préférée de réalisation du broyeur suivant l'invention, du fait de la conicité des rouleaux, la charge est obtenue d'une façon beaucoup plus simple„ 10 En supplément de l'utilisation d'un déplacement axial relatif entre la tête et la cuve pour modifier l'intervalle entre les rouleaux et la cuve,. 1*agencement est de préférence tel qu'on puisse régler l'intervalle entre les rouleaux complémentaires. Ceci est également obtenu de préférence en agençant les rouleaux de façon 15 qu'ils puissent se déplacer les uns par rapport aux autres dans u-ne direction parallèle à leurs axes de rotation. On peut, soit a-gencer le rouleau central d.e façon qu'il puisse se déplacer parallèlement à son axe par rapport aux autres rouleaux, soit agencer les rouleaux extérieurs pour qu'ils puissent se déplacer axialement 20 par rapport au rouleau central. XI est possible d'agencer chaque rouleau de façon qu'il puisse se déplacer axialement par rapport aux autres rouleaux. Le broyeur pourrait être agencé de façon que l'axe de la cuve et des rouleaux soit horizontal mais dans une forme préférée de 25 réalisation, l'axe de la cuve est vertical et la petite extrémité ou ladite première extrémité de la cuve est fermée de façon à former le fond de cette cuve. Si l'axe de la cuve est horizontal, le broyeur peut être a-gencé pour travailler en continu avec une entrée à l'une des extré-30 mités de la cuve et une sortie à l'autre extrémité. Si la cuve est verticale, le broyeur sera une machine travaillant en discontinu par charges séparées. Bien que les moyens d'entraînement puissent, soit faire seulement tourner les rouleaux autour de leurs axes, soit produire 35 seulement une rotation relative entre la tête et la cuve, il est prévu de préférence des moyens d'entraînement qui font tourner les rouleaux autour de leurs axes et qui engendrent également une rotation relative entre la tête et la cuve. Suivant une forme de réalisation préférée, la tête est fixe et la cuve est mise en rota-40 tion» s ... : ' BAD ORIGINAL 69-04731 2002755 Lorsque l'axe' de la cuve est vertical et que la cuve est ouverte à son extrémité supérieure ou extrémité de grand diamètre, il est préférable que la tête puisse s'élever de façon à permettre d'extraire les rouleaux de la cuve de bas en haut. La tête peut ê-5 tre montée pour décrire un mouvement vertical sur deux guides situés de part et d'autre de la cuve, mais on prévoit de préférence un support pour la tête sur un seul côté de la cuve. Cet agencement permet d'accéder sans obstacle à la cuve, en permettant de faire osciller la tête dans un plan horizontal pour dégager la cuve. 10 L'angle de conicité des rouleaux et de la cuve peut être choi si pour s'adapter aux fonctions particulières auxquelles le broyeur est destiné. Par exemple l'angle d'inclinaison de la surface des rouleaux et de la cuve sur leurs axes peut être compris entre environ 12 et 18°. 15 La vitesse de rotation de la cuve et celle des rouleaux peut également être choisie de façon à s'adapter à la nature de la matière à mélanger. Des racleurs peuvent être prévus à la partie haute de la cuve pour renvoyer dans la cuve la matièrre qui est montée le long des 20 parois latérales de cette dernière et ces racleurs peuvent également être prévus pour diriger la matière vers la ligne de pincement entre les rouleaux et dans la ligne de pincement entre les rouleaux et la paroi latérale de la cuve. Les matériaux .dont les rouleaux et. la cuve sont formés sont 25 également choisis en fonction du type de matière à mélanger. La surface des rouleaux peut avoir n'importe quelle finition de surface désirée, par exemple Tin poli fin, une surface rugueuse ou même cannelée. Les rouleaux et/ou la cuve peuvent être munis d'une double paroi ou autre moyen capable de faire circuler un fluide de 30 chauffage ou de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : - la Fig. 1 est une vue générale en élévation avant d'un bro-35 yeur suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue schématique en plan des rouleaux et de la cuve du broyeur de la Fig. 1 ; - la Fig. 3 est une vue en coupe de l'appareil de la Fig. 1 suivant la ligne XXX—III de la Fig. 2 ; ko - la Fig. k est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la ORKSNAL 69 04731 5. 2002755 Fig. 3; - la Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne V—V de la Fig. 3; - la Fig. 6 est une vue schématique en plan analogue à celle 5 de la Fig» 2 mais montrant une variante de réalisation de l'invention; - la Fig. 7 est une vue en plan en partie en coupe d'une autre variante de réalisation de l'invention; - la Fig. 8 est une vue avant en partie en coupe de la varian-10 te de la Fig. 7* On a représenté sur la Fig. t un broyeur à rouleaux ayant un socle qui porte une cuve 2 sur une table tournante 3- Sur le socle 1 s'élève, sur un côté de la cuve 2, un pilier vertical k qui porte une tête 5 surplombant horizontalement la cuve 2. La tête 5 15 porte trois rouleaux 6, 7 et 8 qui sont engagés de haut en bas dans la cuve 2; la tête 5 peut être soulevée à l'aide d'un vérin hydraulique 9 et sa tige de piston 10 pour prendre la position représentée en traits mixtes, dans laquelle les rouleaux 6, 7 et 8 sont extraits de la cuve 2. La table tournante 3 est entraînée en 20 rotation au moyen d'un moteur 11 logé dans le socle 1. La cuve 2 comprend un fond plein 12 et une paroi latérale 13 dont la surface interne s'élargit, du fond plein vers le haut, de sorte qu'elle est de forme à peu près tronconique. La cuve est maintenue sur la table tournante 3 de façon que son axe coïncide 25 avec l'axe de rotation de cette table. Les rouleaux 6, 7 et 8 sont de forme tronconique ou similaire, le rouleau central 7 s'élargissant vers son extrémité inférieure et étant coaxial à la cuve 2. Les deux autres rouleaux 6 et 8 se rétrécissent vers leurs extrémités inférieures et sont de profil complémentaire de celui du rou-30 leau central 7 et également de la surface interne de la paroi latérale 13 de la cuve. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 2, lorsque les rouleaux 6, 7 et 8 sont disposés dans la cuve, les traces de leurs axes se trouvent sur un diamètre de la cuve 2. Sur la Fig. 3 on voit que la tête 5 porte trois jeux de pa-35 liers 14, 15 et 16 destinés à recevoir les arbres 17» 18 et 19 respectivement, auxquels sont reliés les rouleaux 6, 7 et 8. Ces arbres 17, 18 et 19 sont montés coulissants dans des manchons d'entraînement 20, 21 et 22 respectivement, chaque manchon portant une roue d'engrenage droite 23, 24 ou 25; ces roues similaires les unes 40 aux autres engrènent chacune avec la roue adjacente. La roue 25 69 04731 2002755 engrène, en outre, avec une roue 26 qui peut être entraînée par un moteur 27 porté par la tête 5« Ce moteur 27 entraîne donc chacun des arbres 17» 18 et 19 et ce, à la même vitesse. Toutefois, en raison de la forme tronconique de la cuve 2 et des rouleaux, les 5 rouleaux ne roulent pas simplement les uns sur les autres mais, par exemple vers les extrémités supérieures, les surfaces des rouleaux 6 et 8 sont animées d'une plus grande vitesse que la surface complémentaire du rouleau 7» Dans le fonctionnement du broyeur, le glissement qui en résulte produit un effet de cisaillement sur la 10 matière contenue dans la cuve et qui est prise dans l'intervalle entre deux rouleaux complémentaires. Cet intervalle peut être réglé à l'aide de dispositifs micrométriques 28 et 29 qui servent à commander le déplacement axial des rouleaux 6 et 8 par rapport au rouleau central 7 et par rapport à la cuve. 11 est visible que le 15 déplacement axial d'un rouleau par rapport à son rouleau complémentaire adjacent détermine une différence dans l'intervalle entre les rouleaux. La Fig. k montre la construction et le montage du rouleau 8 et de son arbre, ainsi que du dispositif micrométrique 29 qui est 20 agencé pour faire monter ou descendre ce rouleau 8. Le rouleau 6 et le micromètre 28 sont d'une construction analogue. Un volant à main 30 est fixé sur un arbre 31 qui est lui-même monté dans la tête 5» et sur l'autre extrémité de l'arbre 31 est fixé un pignon conique 32 qui engrène avec une couronne 33 dont la surface inter-25 ne 3k est filetée et est en prise avec un filetage externe 35 formé sur un manchon coulissant 36. En faisant monter et descendre le manchon 36, on peut faire monter et descendre une butée 37 pour faire ainsi monter et descendre l'arbre 19 à travers le manchon 22 et, avec cet arbre le rouleau 8. La rotation du volant 30 permet 30 donc de modifier l'intervalle entre le rouleau 8 et le rouleau 7« XI peut être prévu un cadran gradué pour coopérer avec le volant. On a également représenté sur la Fig. k un dispositif servant à chauffer ou refroidir les rouleaux. L'arbre 19 est creux et il est muni d'un tube central 38 qui se termine, à une extrémité, par 35 un orifice d'entrée 39- On peut faire passer un fluide de chauffage ou de refroidissement à travers le tube 38 et un orifice kO pour l'introduire dans une cavité kl ménagée à l'intérieur du rouleau 8, le fluide revenant à travers une ouverture 42 et l'espace annulaire k3 compris entre le tube 38 et l'arbre 19, à uçl orifice 40 de s.ortie kk. 69 04731 7. 2002755 L'intervalle entre les rouleaux externes 6 et 8 et la paroi latérale, 13 de la cuve 2 peut également être ajusté par un mécanisme.. représenté sur la Fig. 5 et au moyen duquel on peut ajuster la distance dont la tête 5 peut être abaissée par abaissement de la 5 pression dans le vérin hydraulique 9» Un volant 45 est relié par , . un arbre 46. à un pignon conique 47 qui engrène avec une couronne conique 48. Cette couronne est fixée à un arbre 49 sur lequel un - pignon 50 est également fixé. Au pilier 4 est fixée une bague 51 filetée extérieurement qui coopère par son filetage avec une bague 10 -52 filetée intérieurement. Cette bague 52 est munie de dents 53 sur s^.-surface externe, et les dents 53 sont en prise avec le pignon 50. On peut donc voir que la rotation du volant 45 a pour ef-• fet de faire monter ou descendre la bague 52. Un épaulement 54 de la bague 52 constitue une butée d'appui pour la tête 5 lorsqu'on 15 fait descendre cette dernière. Etant donné que la position de la tête 5 par rapport à la cuve 2 détermine la valeur de l'intervalle compris entre la cuve et les rouleaux externes 6 et 8, il va de soi que la rotation du volant 45 a pour effet de modifier cet in-■tervaile. 20 La Fig. 6 montre une variante de réalisation du broyeur sui vant l'invention, dans laquelle il est prévu ion rouleau central 55 coaxi.al à la cuve 2, et trois rouleaux externes 56, 57 et 58, qui sont répartis angulairement à 120° les uns des autres autour du rouleau central 55* 25 Les.Fig. 7 et 8 montrent une autre forme de réalisation du broyeur à rouleaux suivant l'invention, dans laquelle les axes de la cuve et des rouleaux sont horizontaux au lieu d'être verticaux. Cft broyeur peut travailler en continu au lieu de travailler par charges séparées. En effet, ce broyeur est muni d'une cuve 59 qui 30 présente la forme d'un manchon de fonne tronconique et de trois rouleaux tronconiques 60, 61 et 62. La cuve 59 est montée dans des paliers couronnes 63, 64 et elle est entraînée en rotation par un moteur 65, par l'intermédiaire d'un pignon 66 qui est en prise a-vec une bague dentée 67 fixée à la cuve 59* Les rouleaux 60, 61 et 35 62 sont montés sur des arbres 68, 69 et 70 respectivement, lesquels .sont entraînés par un moteur 65 par l'intermédiaire de pignons^1» 72 et 73 respectivement, le mouvement étant transmis au pignon 71 par l'intermédiaire de pignons 74 et 75. Des plaques fixes 76, 77» qui ne tournent pas avec la cuve 59 40 ferment les extrémités de cette cuve. Une goulotte 78 traverse la 69 04731 2002755 plaque 77 pour introduire la matière dans la cuve et une goulotte 79 traverse la plaque 76 à l'autre extrémité de la cuve 59> pour le déchargement de la matière à l'extérieur delà cuve. En introduisant, avec un débit constant, la matière à travers la goulotte 5 de chargement 78, on peut décharger eh continu la matière mélangée et le broyeur travaille donc en continu. Dans l'utilisation des broyeurs décrits ci-dessus, en raison de la rotation des rouleaux, la matière est écrasée par passage dans l'intervalle entre les rouleaux ou entre les rouleaux et la 10 cuve. Etant donné que les rouleaux sont de forme convergente, coni que ou similaire, il existe une différence de vitesse dans le mouvement relatif, sur la longueur des rouleaux, de sorté que la matière est soumise à un fort cisaillement. Ce cisaillement peut ê-tre réglé par modification de l'intervalle compris entre les rou-15 leaux ou entre ces rouleaux et la cuve et par modification de la vitesse de rotation des rouleaux. Etant donné que la cuve tourne par rapport aux rouleaux, la matière qui est passée entre deux rou ieàux est renvoyée et amenée à une position dans laquelle elle pas se à nouveau entre deux rouleaux. La grande différence de vitesse 20 obtenue et les fréquents passages que la matière est obligée d'exé cuter entre les rouleaux garantit une dispersion par cisaillement très rapide et très efficace. Ceci signifie que le broyeur à rouleaux peut être maintenu continuellement en fonctionnement, contrairement à l'agencement à un seul passage ou à retour qui est 25 nécessaire avec les broyeurs classiques à trois rouleaux. En outre en raison des passages fréquents que la matière exécute dans les intervalles, on obtient un effet de dispersion par cisaillement plus rapide que celui qu'on peut obtenir avec les broyeurs à rouleaux classiques, 30 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. 69 04731 9. 2002755 - REVENDICATIONS. - 1 - Broyeur à rouleaux caractérisé en ce qu'il comprend : une cuve dont la paroi latérale converge sous forme conique ou similaire vers une première extrémité de la cuve, de sorte que la face 5 interne de la paroi latérale est de forme à peu près tronconique; au moins trois rouleaux de forme tronconique ou similaire qui tournent sur leurs axes et qui sont disposés dans la' cuve, l'un de ces rouleaux, qui est le rouleau central, s'élargissant progressivement vers ladite première extrémité de la cuve et étant de pro-10 fil complémentaire de celui d'au moins deux rouleaux qui s'élargissent progressivement en direction de l'autre extrémité de la cuve, l'agencement des rouleaux étant tel que chaque rouleau soit de profil complémentaire d'au moins deux des autres rouleaux^Tfê la paroi latérale de la cuve et d'un autre rouleau, les rouleaux é-15 tant montés sur une tête et la tête et la cuve étant capables de tourner l'une par rapport à l'autre autour de l'axe de la cuve; et des moyens d'entraînement, soit pour faire tourner les rouleaux autour de leurs axes de sorte que la tête et la cuve puissent tourner librement l'une par rapport à l'autre, soit pour faire tourner 20 la cuve et la tête l'une par rapport à l'autre, de sorte que les rouleaux peuvent tourner librement sur leurs axes. 2 — Broyeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rouleau central est coaxial à la cuve. 3 - Broyeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en 25 ce qu'il comprend trois rouleaux, les axes des trois rouleaux se trouvant sur un même plan diamétral de la cuve. 4 — Broyeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend quatre rouleaux, trois des rouleaux étant espacés angulairement de 120° autour du rouleau central. 30 5 - Broyeur suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire tourner les rouleaux autour de leurs axes et des moyens pour faire tourner la cuve et la tête l'une par rapport à l'autre. 6 - Broyeur suivant l'une quelconque des revendications pré-35 cédentes, caractérisé en ce que l'intervalle entre les rouleaux et la cuve est réglable par le déplacement de la tête par rapport à la cuve dans une direction parallèle à l'axe de la cuve. 7 — Broyeur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intervalle entre les rouleaux de 40 profils complémentaires est réglable. 69 04731 10. 2002755 8 - Broyeur suivant la revendication 7j caractérisé en ce qu'au moins un rouleau est monté pour pouvoir se déplacer axialement par rapport aux autres rouleaux afin d'ajuster l'intervalle. 9 - Broyeur suivant lrune quelconque des revendications 1 à 5 8, caractérisé en ce que les axes de la cuve et des rouleaux sont à peu près verticaux et que la tête peut être soulevée par rapport à la cuve de façon que les rouleaux puissent être dégagés de la cuve par un mouvement ascendant. 10 - Broyeur suivant les revendications 1 à 8, caractérisé en 10 ce que les axes de la cuve et des rouleaux sont à peu près horizontaux, le broyeur ayant une entrée à l'une des extrémités de la cuve et une sortie à l'autre extrémité de cette cuve. 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