Brevet FR2621374A1 — publié le 19890407

L'invention se rapporte généralement à une machine supportant des efforts résistants variables, c'est-à-dire par exemple une machine dont l'arbre récepteur ou arbre de travail doit vaincre un couple résistant essentiellement variable et non prévisible. L'invention s'applique particulièrement mais non exclusivement à un broyeur (ledit arbre récepteur étant muni de couteaux) et permet notamment d'équiper une telle machine d'un moteur électrique de puissance plus faible que par le passé, toutes choses égales par ailleurs. Dans l'industrie, de nombreuses machines ont à fournir des efforts variables dépendant de la nature des matériaux qu'elles ont à traiter ou à transformer. Le constructeur est donc généralement amené à équiper une telle machine d'un moteur électrique de puissance relativement importante, calculée en fonction des efforts maximum à vaincre. Les broyeurs entrent notamment dans cette catégorie de machine, et plus particulièrement les broyeurs d'ordures ménagères, utilisés principalement dans les restaurants, qui reçoivent, de par leur destination, aussi bien des matériaux relativement mous (déchets de viande et de légumes) que des éléments beaucoup plus durs comme des coquillages, des os, des boites en fer blanc ou des débris de verre. L'obligation d'équiper une telle machine d'un moteur électrique puissant, a fait que jusqu'à présent, son prix a toujours été relativement élevé. L'invention permet de résoudre ce problème. Le concept de base de l'invention consiste à agencer un mécanisme de transmission de couple entre le moteur et le ou les arbres récepteurs (portant les couteaux) de telle façon que le rapport de transmission varie automatiquement en raison inverse de l'effort résistant, la puissance de broyage disponible augmentant ainsi à la demande au prix d'une réduction concomitante de la vitesse de broyage. Dans cet esprit, l'invention concerne donc une machine supportant des efforts résistants variables, comprenant un mécanisme de transmission de couple entraîné par un moteur et comportant une roue motrice et au moins une bielle intercalée dans ledit mécanisme de façon qu'une première extrémité de cette bielle soit en un point excentré de ladite roue motrice, une seconde extrémité de cette bielle étant reliée à un arbre récepteur sur lequel s'exerce ledit effort résistant variable, caractérisé en ce que ladite première extrémité est articulée à un dispositif formant variateur de course, lui-même monté articulé à ladite roue motrice et agencé de façon que la distance entre ladite première extrémité et l'axe de ladite roue motrice diminue lorsque l'effort exercé par ladite bielle augmente. Une autre particularité de l'invention consiste à intercaler un mécanisme d'entraînement unidirectionnel en rotation entre la bielle et l'arbre récepteur, pour permettre à ce dernier de toujours tourner dans le même sens malgré le mouvement de va-et-vient imprimé par le système bielle-manivelle que constituent ladite roue motrice et ladite bielle. Cette particularité qui implique un entrainement par à-coups de l'arbre récepteur est avantageusement mise à profit pour entraîner deux arbres récepteurs de ce genre, parallèles, en opposition de phase. Autrement dit, l'un des arbres récepteurs est entraîné sur un demi-tour de ladite roue motrice, tandis que l'autre reste immobile. Le moteur peut ainsi entraîner alternativement et séquentiellement deux arbres munis de couteaux, tout en fournissant un couple nécessaire à l'entraînement d'un seul arbre, à chaque instant donné. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un broyeur conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue de dessus, partielle, du broyeur - La figure la est une vue en perspective d'un détail du broyeur - La figure 2 est une vue schématique en élévation, avec arrachements, du broyeur - La figure 3 est une vue schématique partielle suivant la flèche III de la figure 2 - La figure 4 est une vue de détali, avec arrachements, montrant l'un des mécanismes d'entraînement unidirectionnel en rotation ; et - Les figures 5a, 5k et 5c sont respectivement des vues des deux côtés et une vue en coupe d'une variante de la roue motrice et du variateur de course. En se reportant aux dessins, on a représenté un broyeur 11 principalement constitué d'un moteur électrique 12, d'un réceptable formant trémie 14, de deux arbres récepteurs 16a, 16 , horizontaux, portant des couteaux 17 et d'un mécanisme de transmission de couples 18, agencé entre l'arbre 19 du moteur 12 et les deux arbres récepteurs 16. La trémie 14 est ouverte à sa partie supérieure et les deux arbres sont installés parallèlement l'un à l'autre au fond de celle-ci, en étant supportés par des paliers 20 fixés sur deux parois parallèles 21 du réceptable formant trémie 14. Les couteaux 17 sont classiquement en forme d'hélice à deux pales ; ils se déplacent en regard des bords de contre-couteaux 22 fixés sur un support 24 définissant une succession de créneaux.Ce support est monté au fond de la trémie. I1 est fixé aux deux parois 21 et s'étend parallèlement aux arbres 16, entre ceux-ci. Le mécanisme de transmission de couples 18 comprend un poulie 26 de petit diamètre, fixée à l'extrémité de l'arbre 19 du moteur,une courroie 27, une poulie 28 de grand diamètre montée en rotation sur le réceptable formant trémie 14, un petit pignon 29 prolongeant coaxialement la poulie 28 et solidaire de celle-ci, une roue motrice 30 formant roue d'engrenage en prise avec le petit pignon 29 et deux bielles 32a 32b reliées aux arbres récepteurs 16a, 16k par l'intermédiaire de deux mécanismes d'entrainement unidirectionnel en rotation 34a 34b respectivement. La courroie 27 relie les poulies 26 et 28. La roue motrice 30 est prolongée par un axe 30a monté tournant à la partie inférieure de la trémie, par l'intermédiaire de paliers.Les deux arbres 16a, 16b, horizontaux sont tous deux dans un plan horizontal et on appelle ici "plan médiateur" de ces deux arbres, le plan P vertical par rapport auquel les deux arbres 16a et 16b sont symétriques l'un de l'autre. Ce plan médiateur contient I'axe 30a de la roue motrice 30. Comme mentionné précédemment, un agencement à deux arbres récepteurs 16a 16k définissant deux rangées de couteaux au fond du réceptable formant trémie est préférable, mais l'invention couvre tout système comprenant au moins un tel arbre récepteur et par conséquent au moins une bielle 32 correspondante accouplée à ladite roue motrice 30, cette dernière étant entraînée par le moteur 12, comme il résulte de la description ci-dessus. Ainsi, chaque bielle 32a, 32k comporte une première extrémité 36 reliée à la roue motrice 30 et une seconde extrémité 38 reliée à l'arbre récepteur 16a ou 16 correspondant, ici par l'intermédiaire d'un mécanisme d'entraînement unidirectionnel 34ê, 34k qui sera décrit en détail plus loin. Selon une caractéristique de l'invention, ladite première extrémité 36 de la ou chaque bielle est articulée, par un tourillon 39, à un dispositif formant variateur de course 40, lui-même monté articulé par un tourillon 41 à ladite roue motrice 30. Plus précisément, ce dispositif est agencé de façon que la distance entre ladite première extrémité (c'est-à-dire plus précisément le tourillon 39), et l'axe 30a de ladite roue motrice 30 diminue lorsque l'effort de réaction exercé par la bielle 32, augmente. Cet effort de réaction est bien entendu représentatif de la résistance des matériaux en train d'être broyés. Dans l'exemple représenté, le dispositif formant variateur de course 40 comprend une biellette intermédiaire 42 et un agencement de rappel élastique 43. La biellette intermédiaire (laquelle porte les tourillons 39 et 41 faisant saillie de ses faces opposées) est articulée par le tourillon 41, à la roue motrice 30, à une distance choisie e de son axe 30a. La bielle 32 est articulée à la biellette 42 par le tourillon 39. L'agencement de rappel élastique 43 s'exerce entre la roue motrice 30 et la biellette 42 et il sollicite cette dernière vers une butée 46 portée par la roue motrice 30, dans une position telle que ladite première extrémité de ladite biellette soit à sa distance maximum de l'axe 30a. La trajectoire possible du tourillon 39 de la bielle 42 par rapport à la roue motrice est indiquée par des flèches sur la figure 2. Dans l'exemple des dessins des figures 1 à 4, l'agencement de rappel élastique 43 est principalement constitué par un ressort 48 à spirale plate, de forte raideur (ce ressort est représenté en coupe sur la figure 3) s'étendant parallèlement à la roue motrice et dont les extrémités sont respectivement rattachées à un point d'ancrage 49 de la roue motrice et au tourillon 41 de la biellette 42 ou à un élément solidaire de ce tourillon.Dans l'exemple représenté, les deux bielles 32a 32b sont articulées au même tourillon 39 de la biellette intermédiaire 42. On va maintenant décrire l'un des mécanismes d'entrainement unidirectionnel en rotation, sachant que les deux mécanismes 34a, 34k sont agencés pour opérer en opposition de phase, ceci résultant du fait qu'ils sont symétriques l'un de l'autre, par rapport au plan P lorsque le tourillon 39 se trouve dans ce même plan. Ce mécanisme 34k comporte un bras 50 articulé en 51 par une extrémité libre 52 à ladite seconde extrémité 38 de la bielle 32k correspondante. Ce bras est prolongé à son autre extrémité par un boîtier 54 faisant corps avec lui et définissant une cavité 56 à paroi 58 cylindrique. Cette cavité a son centre décalé par rapport au bras 50. Une extrémité de l'arbre récepteur 16b faisant saillie hors de la trémie, est pourvue d'un noyau polygonal 60, ici hexagonal, situé au centre de la cavité 56. Ce noyau est claveté à l'extrémité de l'arbre récepteur. I1 présente six pans latéraux 62 et des cales de blocage 64, en acier, sont agencées entre chaque pan 62 et la paroi cylindrique 58. Les extrémités des cales qui coopèrent avec cette paroi sont courbes.Chaque cale 64 prend appui sur la pan 62 correspondant par l'intermédiaire d'une rotule cylindrique 66 et d'un ressort 68 disposés côte à côte. Plus précisément, ici, le ressort 68 est en partie logé dans un trou borgne pratiqué dans la cale, tandis que la roture 66 est intercalée entre deux creusures pratiquées respectivement dans la cale et le pan du noyau, la profondeur de ces creusures étant calculées pour laisser subsister un léger jeu entre la cale et ledit pan, permettant ainsi un certain pivotement de ladite cale, à l'intérieur de la cavité. Un ressort 70 enroulé légèrement serré sur chaque arbre 16a 16b et dont une extrémité est fixée à la trémie, permet d'éviter la rotation arrière de l'arbre lors de chaque course inactive du mécanisme d'entraînement unidirectionnel en rotation 34a 34k, correspondant. Le fonctionnement du broyeur qui vient d'être décrit est le suivant. Si on suppose que les matériaux en train d'être broyés sont relativement mous ou friables, et offrent peu de résistance, il ressort clairement de la description qui précède que le ressort 48 maintient la biellette intermédiaire 42 en application contre la butée 41. C'est la situation illustrée à la figure 2. Le tourillon 39 sur lequel s'articulent les bielles 32a et 32b se trouve donc à sa distance maximum de l'axe 30a de la roue motrice 30. Le mouvement de va-et-vient transmis à chaque mécanisme d'entrainement unidirectionnel 34a, 34k est donc d'amplitude maximum. Un mouvement de va-et-vient complet correspond à un tour de la roue motrice. Pendant un demi-tour, la bielle 32a fait pivoter le bras 50 du mécanisme 34a dans un sens tel que les cales 64 de ce mécanisme se bloquent contre la paroi 58 de la cavité 56. Dans le même temps, la bielle 32b fait pivoter le bras 50 du mécanisme 34b dans un sens tel que les cales 64 de ce mécanisme glissent contre la paroi 58. Par conséquent l'arbre 16a est entraîné en rotation, tandis que l'arbre 16k demeure immobile, freiné par le ressort 70. Pendant le demi-tour suivant, la situation est inversée et c'est l'arbre 16k qui est entraîné tandis que l'arbre 16a demeure immobile. Par ailleurs, si les couteaux de l'un des arbres rencontrent un matériau plus dur, l'effort de réaction transmis sur la bielle 32 correspondante provoque un pivotement de la biellette intermédiaire 42, ce qui réduit la distance entre le tourillon 39 et l'axe 30a de la roue motrice. Le couple résistant qui s'exerce sur la roue motrice 30 s'en trouve donc diminué (au prix d'une réduction concomitante de l'amplitude de rotation des arbres 16a, 16b, à chaque tour) et le moteur 12 ne ressent que faiblement l'effort supplémentaire qui est demandé au broyeur. Ce moteur peut donc être d'une puissance nominale relativement faible. Les figures 5a à 5c décrivent un autre mode de réalisation possible de l'agencement de rappel élastique. Selon cette variante, le ressort 48a est cette fois un ressort hélicoïdal. Une extrémité 80 de ce ressort est fixée à un point d'ancrage de la roue motrice 30, tandis que l'autre extrémité 81 est rattachée à un lien 82, souple, ici une chaine, éventuellement un cabale. Ledit lien 82 est rattaché au tourillon 41 de la biellette intermédiaire 42. Le raccordement de ce lien est tel qu'il puisse s'enrouler autour de ce tourillon ou autour d'un élément solidaire de celui-ci. Selon l'exemple, le ressort 48a prend appui par son extrémité 80 contre un bord d'une fenêtre 84 découpée dans la roue motrice 30. Le bord d'appui est de préférence prolongé par une butée s'étendant perpendiculairement au plan de la roue motrice. Le lien 82 est quant à lui relié à une butée 86 sur laquelle prend appui l'autre extrémité 81 du ressort. Ledit lien 82 est relié à cette butée par l'intermédiaire d'une tige rigide 88 engagée approximativement longitudinalement dans les spires du ressort 48a. Ce montage permet d'utiliser un ressort de forte raideur et de loger en partie ce ressort dans l'épaisseur de la roue motrice. REVENDICATIONS 1. Machine supportant des efforts résistants variables, comprenant un mécanisme de transmission de couple, entraîné par un moteur et comportant un roue motrice (30) et au moins une bielle (32) intercalée dans ledit mécanisme de façon qu'une première extrémité de cette bielle soit en un point excentré de ladite roue motrice, une seconde extrémité de cette bielle étant reliée à un arbre récepteur (16) sur lequel s'exerce ledit effort résistant variable, caractérisée en ce que ladite première extrémité est articulée à un dispositif formant variateur de course (40), lui-meme monté articulé à ladite roue motrice et agencé de façon que la distance entre ladite première extrémité (36) et l'axe (30a) de ladite roue motrice diminue lorsque l'effort exercé par ladite bielle augmente. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif formant variateur de course comprend une biellette intermédiaire (42) articulée à ladite roue motrice à une distance choisie de son axe, en ce que ladite bielle (32) est articulée à cette biellette, et en ce qu'un agencement de rappel élastique (43), s'exerçant entre ladite roue motrice et ladite biellette, sollicite cette dernière vers une butée (46) portée par ladite roue motrice, dans une position telle que ladite première extrémité de ladite bielle soit à sa distance maximum du centre de ladite roue motrice. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit agencement de rappel élastique (43) comporte un ressort à spirale plate (48), s'étendant parallèlement à ladite roue motrice et dont les extrémités sont respectivement rattachées à un point d'ancrage (49) de ladite roue motrice et à un tourillon (41) solidaire de ladite biellette, cette dernière étant montée tournante sur ladite roue motrice gracie à ce tourillon. 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit agencement de rappel élastique comporte un ressort hélicoïdal (48a) dont une extrémité est fixée à un point d'ancrage de ladite roue motrice et dont l'autre extrémité est rattachée à un lien (82), et en ce que ce lien est rattaché à un tourillon (41) solidaire de ladite biellette (42), par lequel celle-ci est montée tournante par rapport 9 ladite roue motrice (30), le rattachement étant tel que ledit lien puisse s'enrouler autour de ce tourillon ou d'un élément solidaire de celui-ci. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit ressort hélicoïdal (48a) prend appui par une extrémité (80) contre un bord d'une fenêtre (84), découpée dans ladite roue motrice et que ledit lien (82) est relié à une butée (86) sur laquelle prend appui l'autre extrémité dudit ressort. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite seconde extrémité (38) de ladite bielle est reliée audit arbre récepteur (16a, 16k) par un mécanisme d'entrainement unidirectionnel en rotation (34a, 34b). 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ce mécanisme d'entrainement unidirectionnel comporte un bras (50) articulé par l'une de ses extrémités à ladite seconde extrémité de ladite bielle et prolongé à son autre extrémité par un boîtier définissant une cavité (56) à paroi cylindrique (58), en ce qu'une extrémité dudit arbre récepteur (16k) est pourvue d'un noyau polygonal (60) situé au centre de ladite cavité et en ce que des cales de blocage (64) pivotantes sont agencées entre chaque pan latéral (62) dudit noyau et la paroi cylindrique (58) de ladite cavité. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque cale de blocage (64) prend appui sur le pan latéral correspondant dudit noyau par l'intermédiaire d'une rotule cylindrique (66) et d'un ressort (68), disposés côte à côte. 9. Machine selon l'une des revendications 6 å 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux arbres récepteurs parallèles (16a, 16b) admettant un plan médiateur (P) passant par l'axe de rotation (24) de ladite roue motrice (30), en ce que chacun de ces arbres récepteurs est relié à une bielle (32a, 32k) précitée par l'intermédiaire d'un mécanisme d'entrainement unidirectionnel en rotation (34a, 34k) précité, respectivement, et en ce que ces deux mécanismes d'entrainement unidirectionnel sont agencés pour opérer en opposition de phase. 10. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite roue motrice (30) est un plateau formant roue d'engrenage couplé à un moteur électrique (12). 11. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque arbre récepteur précité est installé dans une trémie et porte des couteaux (17) coopérant avec des contre-couteaux (22), fixes, agencés au fond de ladite trémie, de façon à définir un broyeur.