Brevet FR2643587A1 — publié le 19900831

La présente invention se rapporte une presse quadratique ou à action polygonale qui agit à l'aide d'un déplacement de pression dans plusieurs directions sur la surface à presser afin d'obtenir une pression croissant linéairement avec le déplacement de la presse et une variation de volume quadra- tique ou polygonale. La nouvelle génération de presses selon l'invention peut être utilisée dans de nombreux domaines de la technique afin d'augmenter les paramètres de pressage et d'améliorer la qualité des articles obtenus par travail à la presse. On utilise des presses variées en divers lieux, notam- ment dans l'agriculture, l'industrie et même dans l'équipement du ménage, la fonction de ces presses consiste toujours à comprimer et à presser, ensemble, des matériaux divers. Pour certaines presses, le fonctionnement en continu est une donnée importante et caractéristique (par exemple pour les presses à vis), tandis que dans d'autres applications, elles fonctionnent de manière discontinue (interrompue), par exemple dans les presses à pistons. A l'aide des presses à fonctionne- ment continu, on ne peut pas comprimer des matériaux de grandes sections qui restent dans un état peu compact lors de l'écoule- ment du matériau. Afin de limiter cet état de relâchement du matériau à presser, on le place dans la presse à l'état pulvé- rulent, à l'état moulu ou, le cas échéant, mélangé à un maté- riau de liaison ou de garnissage, ce qui augmente de façon importante les coûts du procédé. Dans le cas de l'utilisation de presses à fonctionnement discontinu, il se pose divers problèmes. Les presses de ce type sont, par exemp]e, consti- tuées par des presses à piston qui sont capables d'exercer une grande force de compression, l'effet de pressage du piston refoulé dans l'espace du cylindre comprimant la partie de matière confinée à l'intérieur de la paroi du cylindre en l'éloignant de plus en plus du piston pour en faire une masse de plus en plus faible, de telle façon qu'elle reste non compacte. Pour cela, dans tous les cas o l'on doit obtenir un produit homogène présentant une densité importante, on réalise une presse à plusieurs pistons qui viennent réaliser la compres- sion, les uns après les autres. Les presses de ce type sont, par exemple, les machines à fabriquer des briquettes, par exemple le modèle HSB-18 de la firme autrichienne Arnold. Ces machines sont utilisées pour le pressage, d'une façon générale, et sont munies de deux pis- tons. Pour cela, on utilise un premier piston pour la fonction de compression préalable, tandis que l'autre piston sert à la compression finale. Même dans ces machines, la pression ne se développe pas régulièrement dans le matériau à comprimer, par exemple, dans des copeaux d'acier; ceci provient, de façon connue, de ce que l'on appelle la formation de voûte dans le produit pressé, ce qui conduit à une augmentation de la fric- tion entre les copeaux d'acier et à une réduction de la com- pressibilité de ceux-ci. Par broyage et mouture des copeaux d'acier à comprimer, on peut réduire de façon importante la formation de voûte. Le broyage et l'écrasement des copeaux d'acier constituent, cependant, une opération onéreuse qui, en outre, nécessite une énergie importante ce qui la rend peu apte, sur le plan écono- mique, à la réalisation de blocs de copeaux d'acier. Suite à cela, des copeaux d'aciers analogues à des fibres, dont le pressage n'était pas économiquement faisable, se sont amassés un peu partout dans le monde entier. Le rejet dans l'environ- nement des sous-produits dangereux est devenu d'autant plus important. Des problèmes analogues se posent sur le plan économique également lorsque l'on utilise les sous-produits de l'agricul- ture. La grande masse de sous-produits qui se trouve dans la biomasse ne peut pas être transformée en briquettes par les presses connues jusqu'à maintenant après mouture et broyage. Le broyage et la mouture des plantes fibreuses constituant la partie principale de la biomasse et le traitement et le sé- chage qui s'y rapportent consomment une telle quantité d'éner- gie et entraînent de tels frais que l'utilisation de briquet- tes de biomasse apparaît peu économique lorsqu'on la compare aux matériaux de chauffage courant (charbon, hydrocarbure). En plus de ce qui vient d'être cité, il faut compter avec une série de problèmes qui se posent dans la pratique et qui doivent être résolus avec les paramètres des presses connues, en particulier avec les faibles volumes et les com- pressions irrégulières. L'invention a précisément pour objet d'éviter les in- convénients mentionnés ci-dessus et de réaliser des presses de ce type qui conviennent pour une compression plus régulière pour des matériaux de sections importantes. L'invention repose sur la connaissance du fait qu'à la suite de la mise en oeuvre de thèses mathématiques et physi- ques à appliquer à la pratique (les thèses de Hausdorf et Badnach ainsi que celles de von Kàrman), on peut concevoir une presse de ce type à action bidimensionnelle (quadratique) qui, par rapport aux presses unidimensionnelles (linéaires) peut être réalisée d'une façon complètement sûre à partir de corps rigides et qui, dans le cas o l'on agit sur un produit à presser constitué par un matériau homogène, constitue une presse capable d'agir sur toute la section du matériau en la rendant plus dense au point de réaliser une compression homo- gène. Le but qui est assigné à l'invention est réalisé grâce à une presse selon la revendication 1. L'invention concerne donc une presse quadratique avec des corps de pressage délimitant la chambre de pressage avec leurs surfaces planes de délimi- tation et avec un châssis de presse guidant les corps de pressage sur leurs surfaces planes. Un dispositif d'entraîne- ment est annexé aux corps de pressage qui chacun présente deux surfaces de délimitation. La somme des angles de fermeture délimitées par celles- ci atteint 3600C, les surfaces de guidage du châssis de la presse sont disposées perpendiculairement par rapport à la bissectrice de ces angles de fermeture. 2643587- Les différents angles de fermeture ont la même grandeur et le dispositif d'entraînement est constitué pour chaque corps de pressage d'un vérin hydraulique pour agir sur la chambre de pressage. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réali- sation, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: la figure 1 représente une vue de dessus ou en plan d'un mode de réalisation quadratique ou polygonal, d'une presse selon l'invention; - la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation triangulaire d'une presse selon la présente invention; - la figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation hexagonal d'une presse selon l'invention; - la figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation à faces parallèles d'une presse selon l'invention; - la figure 5 représente schématiquement l'entraînement hydraulique direct d'une presse selon l'invention; - la figure 6 représente l'entraînement direct (à force croissante) hydraulique et pneumatique du corps de presse d'une presse selon l'inven- tion; - la figure 7 représente schématiquement la coupe longi- tudinale d'une presse selon l'invention plus particulièrement apte à la compression de biomasse humide; - la figure 8 est une en coupe transversale de la presse représentée à la figure 7; - la figure 9 est une représentation schématique de la coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation de la presse quadratique selon l'invention et qui est munie d'un disposi- tif de broyage; et 2643587- - la figure 10 représente une section transversale de la presse représentée à la figure 9. La presse représentée à la figure 1 est réalisée de telle façon que chacun des corps de pressage T1, T2, T3, T4, délimitant la chambre de pressage 1 comporte deux surfaces de délimitation planes Z1-Z2, Z2-Z3, Z3- Z4, Z4-Z1,l qui délimitent entre elles un angle de 90 . La somme de ces angles de 90 atteint 360 , c'est-à-dire a1 + a2 + a3 + a4 = 360 . Les paires de surfaces de limitation Zl-Z2, Z2-Z3, Z3-Z4, Z4-Z1 délimitent entre elles la chambre de pressage 1 par glissement relatif. Pour cela, les surfaces de guidage V1, V2, V3, V4, d'un châssis de presse 2 sont perpendiculaires aux bissec- trices f1, f2, f3, f4 des angles de délimitation al, a2, a3, a4. Aux corps de pressage T1 à T4 sont reliés des vérins non représentés dont les lignes d'actions sont figurées par des flèches creuses. Pendant le fonctionnement de la presse selon l'invention, le mouvement des arêtes de pressage E1, E2, E3, E4 est réalisée par glissement des corps de pressage T1, T2, T3, T4, sur les surfaces de guidage V1, V2, V3, V4, dans les directions e1, e2, e3, e4 et perpendiculairement aux bissec- trices des f1i f2' f3, f4. De ce fait a lieu la fermeture des surfaces de délimitation Zl, Z2, Z3, Z4, au cours du glisse- ment des corps de presse T1, T2, T3, T4, de façon régulière et continue autour de la chambre de pressage. En comparant la grandeur de la section de la chambre de pressage 1 représentée sur le dessin en traits mixtes après le déplacement, avec la grandeur qu'elle avait avant le déplacement, il appara1t à l'évidence que, la section change de façon quadratique en rapport avec le mouvement, c'est ce qui constitue l'idée de base du principe de pressage selon l'invention. Sur les figures 2, 3 et 4 sont prévues des variantes de réalisation permettant de mieux comprendre le principe de pressage quadratique sans avoir à utiliser des données chif- frées, la ligne d'action des vérins qui sont reliés pour réaliser le pressage étant figurée par des flèches creuses. La géométrie de pressage triangulaire selon la figure 2 et la géométrie de pressage hexagonale selon la figure 3 conviennent particulièrement pour réaliser des corps pressés présentant des sections régulières et polygonales régulières. La géométrie de presse représentée à la figure 4 convient pour la réalisation de corps pressés qui présentent des faces parallèles et une section rectangulaire. Comme on le voit à partir des figures 1, 2, 3 et 4, la chambre de pressage est complètement entourée par le châssis de presse 2, ce qui signifie que l'on peut réaliser autour de la chambre de pressage 1 un châssis de pressage 2 fermé et éventuellement suffisamment épais. Pour augmenter la force de pressage, en plus de la constitution adéquate du châssis de pressage, il faut déclen- cher le mouvement des corps de pressage T1, T2, T3, T4, avec grande énergie, ce que l'on peut réaliser avec l'entraînement hydraulique décrit d'avantage à la figure 5. Les corps de pressage T1, T2, T3, T4, sont actionnés par des vérins M1, M2, M3, M4, montés sur le châssis de presse 2. La commande du fonctionnement de la presse est réalisée à l'aide d'un distributeur 3 relativement simple et qui peut prendre deux positions. Le distributeur 3 commute les quatre vérins de serrage M1, M2, M3, M4, simultanément sur la source de pression et, respectivement, après l'achèvement du proces- sus de pressage, sur le retour à la bâche. La synchronisation du déplacement des vérins individuels M1, M2, M3, M4, est réalisée de façon automatique par les corps de pressage T1, T2, T3, T4 En cas de déplacements faibles réalisés à l'aide de pressions très importantes, par exemple pour la réalisation de diamants artificiels, ou pour d'autres matériaux très durs ou pour le formage par écoulement à froid des métaux ou par le formage plastique, on peut également mettre en oeuvre un entraînement hydraulique direct (à force croissante), pour lequel on a représenté un exemple à la figure 6. Le corps de pressage 4, représenté-ici en coupe, compor- te une surface de calage 5 à faible inclinaison. Sur cette surface de clavette ou de calage 5, est prévue une clavette ou une cale 7 qui est guidée sur une tige de piston 10 qui est reliée par un alésage 9 du châssis de presse 2 au piston 8 du vérin d'actionnement combiné 6. En actionnant la chambre hydraulique 11 du vérin hydraulique combiné 6, par mise sous pression, la cale de compression 7 se déplace sur la surface de clavette 5 et le corps de pressage 4 réduit avec une force très importante la chambre de pressage 1. Sur la clavette de compression 7 est prévue une chambre pneumatique intérieure 18 dans laquelle est engagé, de façon ajustée sur la face du corps de pressage combiné 14, un piston de rappel en appui 15. Un canal 13 formé dans la tige de piston 10 constitue une liaison entre la chambre pneumatique intérieure 18 et une chambre pneumatique 12 opposée à la chambre hydraulique 11 du piston 8 du vérin d'actionnement combiné 6. Si à présent la chambre hydraulique 11 du vérin combiné est commutée sur le retour à la bâche, la pression de la chambre pneumatique 12 agit sur le piston 8 comme sur le piston de retour 15 fermant la chambre pneumatique intérieu- re 18, via le canal 13 de la tige de piston 10. Le piston 8 ramène la clavette 7 par la tige de piston 10, tandis qu'à ce moment, le piston de rappel 15 rappelle à sa position normale le corps de pressage combiné voisin 19. Pendant tout ceci, le corps de pressage combiné 4 est amené à sa position normale par un piston de rappel 19 d'une clavette 17 associée à un vérin 16 d'actionnement combiné voisin. L'agencement du corps de pressage combiné, que l'on n'a pas représenté en coupe, correspond à ce qui a été décrit ci-dessus. Pendant l'opération de pressage, la tige de piston 10 est tirée. La force de traction exercée pendant le déplacement de la clavette 7 sur la surface de calage 5 à faible inclinai- son, produit sur le corps de pressage combiné 4 une augmenta- tion ou une multiplication de force de pressage. Du fait que la tige de piston 10 présent un diamètre relativement faible, la section de l'alésage 9 qui traverse la tige de piston 10 à travers le châssis de presse 2 est également faible comparée à la section du châssis de presse 2. Dès lors, l'alésage 9 ne diminue que d'une manière non significative, la résistance à la charge (force portante) du châssis de presse 2. Cette haute résistance du châssis de presse 2 et la force de pressage surmultipliée s'exerçant sur le corps de pressage combiné 4 sont telles que dans la chambre de pressage on arrive à des très hautes pressions dont l'ordre de grandeur peut aller jusqu'à 100.000 bars. Pour supporter de telles hautes pres- sions, la chambre de pressage est munie de pièces de pres- sion 20 sur sa périphérie; elles sont munies adéquatement de céramiques métallisées sélectionnées ou de céramiques à oxyde d'aluminium ultra pures. Dans les figures 7 et 8, on a illustré une presse quadra- tique conçue pour le compactage de matières d'origine biolo- gique humide. La chambre de pressage 1 se ferme par le haut par la plaque de fermeture 21 et par le dessus pour la double plaque 22, 23 qui sont actionnées pour une fermeture pneuma- tique par des vérins 24, 25, 26. Le dégorgement du matériau - biologique hors de la chambre de pressage humide pendant la compression est ainsi évité. Les plaques de pressages 27, 28, 29 et 30 des corps de pressage T1, T2, T3, et T4 sont munis, comme les plaques de fermeture 21, 22 et 23, d'alésages trans- versaux 31 et 32. Ces alésages présentent un faible diamètre compris par exemple entre 1 et 4 mm. Le fonctionnement de la presse représentée dans la figure est compréhensible sur base de la description ci-dessus. Pendant la durée de l'opération de compression, une partie importante d'air humide issu du tissu biologique du matériau s'échappe par les alésages trans- versaux 31 et 32. Quand on ajuste la presse en position de travail, on agit sur les jambes télescopiques 33 et les tiges- étais pour atteindre la hauteur de travail voulue. Dans la suite, la disposition géométrique et le mouve- ment des corps de pressage T1, T2, T3, T4 correspondent à la solution illustrée à la figure 1, tandis que l'entraînement hydraulique correspond à la solution illustrée à la figure 5. Il existe une petite différence formelle en ce que chaque corps de pressage T1 à T4 est déplacé à l'aide des 2 vérins 35 et 36, par exemple le corps de pressage T1, relié à une goupil- le cylindrique 34 est déplacée par l'action simultanée des vérins 35, 36. Dans les figures 9 et 10, une presse quadra- tique prévue pour la compression de matériaux biologiques fibreuse est illustrée; les fibres du matériau (plantes) sec s'étendent pendant la compression. Pour cette raison, il n'est pas requis de clore le dessus ou le dessous la chambre de pressage car de la sorte, l'air qui se libère dans l'espace comprimé peut s'échapper dans ces deux directions. Comprimer un matériau fibreux sec en un bloc solide ferme exige cependant une pression extraordinairement élevée (600-1000 bars). Dans ce cas, le propre poids de la presse ne peut avoir une quel- conque grande valeur car il faut s'assurer que l'on pourra installer la presse sur des remorques agricoles du type de celles qui sont tractées. Dans le cas de presse dont le poids propre est moindre, on peut arriver à atteindre de fortes pressions en disposant le vérin hydraulique à l'intérieur du corps de pressage en déplacement. Par exemple, le vérin 38 fixé à l'intérieur du corps de pressage 37 creux avec des vis, se déplace, tandis que le piston de support fixé avec des vis 41 et venant en butée sur le segment 42 du châssis de presse reste en place. De la sorte, pour actionner la tige de piston, le segment 42 de châssis de presse ne doit pas être percé; il peut être fait en acier profilé de haute résistance et avec une section continue. Les différents segments 42, 43, 44 45 de châssis de presses forment par un assemblage vissé 46 un cadre fermé K1 de châssis de presse 2. Etant donné que les matériaux agricoles prévus pour la compression présentent de longues tiges comme c'est le cas du tournesol ou du mais, par exemple, on a assemblé ensemble, avec des vis de liaisons 47 et des anneaux d'espacement 46, comme on les voit dans la figure 9, des cadres fermés K1, K2 K3. L'objet pressé qui se forme dans la chambre de pressage 1 prend une forme de bâton allongé se dressant dans la série de cadre K1, K2, K3 et les plateaux 50, 51 de séparation actionnés par les vérins hydrauliques 48, 49 les coupent en plus petits morceaux. Les blocs de matériau d'origine biologique ainsi obtenus sont évacués et stockés économiquement. Ils ont l'avan- tage par rapport à ce que l'on obtiendrait avec une presse à action volumique linéaire, que l'on est assuré que le change- ment de volume a lieu suivant une relation quadratique. De ce fait, la presse est capable de réaliser une énorme réduction de volume et l'on est certain d'avoir une augmentation du caractère compact relativement égale sur toute la section. Au début, de la réduction de volume, on utilise une pression relativement faible et devant l'opération ultérieure, on augmente la pression au fur et à mesure. Le châssis de presse entoure la chambre de pressage et de ce fait, en augmentant la masse extérieure du châssis de presse, on peut arriver à des valeurs de pression élevées. En cas de besoin de petits mouvements associés à la configuration des corps de pressage à l'aide des clavettes permettent d'at- teindre des pressions effectives à.la presse encore plus élevées. Les corps de pressage réalisent d'eux-même des mouvement synchromes en cours d'opération de ce fait il n'est pas besoin de dispositif de mise en synchronisme lors de la réalisation du mouvement hydraulique ou pneumatique. Dans le plan de pressage, les forces provenant de plu- sieurs directions amplifient en même temps le compactage, il n'y a cependant aucun mouvement dans une direction perpendi- culaire à la surface o s'exerce la pression grâce à quoi, pendant l'opération, la chambre de pressage peut être fermée ou ouverte dans cette direction perpendiculaire; par exemple ceci peut être réalisé à volonté temporairement ou encore on peut raccorder la presse selon l'invention à des presses ordinaires (linéaires). Puisque les corps de pressage sont pourvus de plateaux de pression avec des alésages transversaux et puisque les chambres de pressage sont munies également de plateaux de fermeture avec des alésages transversaux, on peut éliminer la partie superflue de gaz et de fluide présents dans les corps comprimés qui sont au départ humides. En cas de compactage de matériaux fibreux et secs, on peut sectionner ces matériaux en morceaux plus petits transpor- tables. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Presse qui présente des corps de pressage mobiles entourant une chambre de pressage et un chassis de presse sur lequel sont guidés les corps de pressage ainsi qu'un dispositif d'entraînement relié aux corps de pressage, caractérisé en ce qu'il y a au moins trois corps de pressage (T1, T2, T3, T4) et en ce que chacun d'eux délimitant le contour de la chambre de pressage (1) avec deux surfaces de délimitation (Z1-Z2, Z2-Z3, Z3-Z4, Z4-Z1), la somme des angles de fermeture (a1, a2, a3, a4) délimités par ces dernières atteignant 360 C et en ce que de plus, chaque surface de délimitation est consue au moins partiellement pour le guidage des corps de pressage voisins (T1, T2, T3, T4), tandis que les surfaces de guidage (V1, V2, V3, V4) du chassis de presse (2) sont orientées perpendiculai- rement aux bissectrices (fl, f2, f3, f4) de ces angles de fermeture (a1, a2, a3, à4) et en ce que finalement, on associe au moins un dispositif d'actionnement, de préférence un vérin (M1, M2, M3, M4) à chaque corps de pressage (T1, T2, T3, T4). 2.- Presse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles de fermeture (a1, a2, a3, a4) ont la même grandeur. 3.- Presse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque vérin (M1, M2, M3, M4) est muni d'un distribu- teur (3) à deux positions qui les commute simultanément sur la source de pression ou sur le retour à la bâche. 4.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre les surfaces de guidage (V1, V2, V3, V4) et les corps de pressage (T1, T2, T3, T4) est disposée une clavette ou une cale (17) reliée au dispositif d'entraîne- ment et en ce que les corps de pressage (T1, T2, T3, T4) présentent des surfaces de calage (5) reposant sur la cla- vette (7). 5.- Presse selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un alésage (9) dans le châssis de presse (2) est prévu pour le passage de la tige de piston (10) qui relie à la clavet- te (7) un piston (8) d'un vérin d'actionnement combiné (6) muni d'une chambre pneumatique (12) et d'une chambre hydrau- lique (11). 264358? 6.- Presse selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'on a aménagé à l'intérieur de la clavette une chambre pneumatique intérieure (18) munie d'un piston de rappel, chambre qui est reliée à la chambre pneumatique (12) du vérin combiné (6) via un canal (13) formé dans la tige de piston (10). 7.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les surfaces (T1, T2, T3, T4) délimi- tant la chambre de pression (1) sont munies de pièces en céramique. 8.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre de pressage (1) est limitée en dessus et en dessous par des plateaux de ferme- ture (21, 22, 23) munis de préférence d'alésages (32) transver- saux, ces plateaux de fermeture (21, 22, 23) étant reliés aux vérins (24, 25, 26). 9.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou 8, caractérisée en ce que les plaques de pressage (27, 28, 29, 30) des corps de pressage (T1, T2, T3, T4) sont munies d'alésages transversaux. 10.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des vérins hydrauliques (38) sont disposés à l'intérieur du corps de pressage (37). 11.- Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le châssis de presse (2) est réalisé sous la forme d'un cadre fermé (K1) constitué de l'assemblage par des éléments de liaison, de préférence des vis (46), de segments (42, 43, 44, 45) de châssis de presse. 12.- Presse selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'au moins deux cadres fermés T(K1, K2, K3) sont assemblés l'un à l'autre au moyen d'anneaux d'espacement (46) et d'élé- ments de liaison (47). 13.- Presse selon la revendication 12, caractérisée en ce des plateaux de séparation (50, 51) susceptibles d'être dépla- cés par l'action de vérins (48, 49) sont disposés entre les cadres fermés K1, K2, K3