Brevet FR2721230A1 — publié le 19951222

COUTEAU ROTATIF POUR APPAREIL DE MIXAGE DE PRODUITS ET APPAREIL POURVU DE CE COUTEAU La présente invention concerne un couteau rotatif destiné à équiper un appareil de mixage de produits, notamment un appareil pour mixer un mélange de mélasse et de farine alimentaire, par exemple pour la fabrication d'aliments composés pour animaux. L'invention s'adresse plus particulièrement - mais non exclusivement - à un appareil de mixage du genre vertical, comprenant un fût cylindrique d'axe vertical dans lequel est guidé et entraîné en rotation un arbre également vertical, coaxial au fût, qui est garni à sa périphérie d'au moins un jeu de couteaux. Dans ce genre d'appareil, qui fonctionne en continu, la farine entre verticalement, par gravité, à l'intérieur du fût, par son extrémité haute. La mélasse liquide est injectée également à la partie haute du fût, où elle est incorporée dans la farine. Ce mélange de farine et de liquide est ensuite traité par les couteaux, dont la fonction est de réaliser le mixage des deux produits et l'évacuation du mélange, vers la partie inférieure du fût. Le mélange sort du fût par un conduit tubulaire dirigé obliquement vers le bas. Il est généralement prévu plusieurs jeux de couteaux, à des niveaux différents. Chaque jeu comporte par exemple six couteaux, qui s'étendent radialement par rapport à l'arbre qui les porte, formant ainsi une étoile en vue de dessus. Les couteaux ont traditionnellement la forme de plaquettes de faible épaisseur. Leur plan général peut être horizontal, ou incliné par rapport à l'horizontale. Dans un même appareil il peut être avantageux d'associer des couteaux horizontaux à des couteaux obliques. A titre indicatif, le fût de l'appareil a une hauteur de l'ordre de 1,50 mètre à 2 mètres environ, et un diamètre de l'ordre de 0,4 à 0,5 mètre. La vitesse de rotation de l'arbre portant les couteaux est de l'ordre de 1 900 à 3 000 tr/mn. Le débit volumétrique de la fanne rentrant dans le fût est compris entre 30 et 100 m3 par heure, tandis que le pourcentage pondéral de la mélasse incorporée dans la farine est de l'ordre de 10. La vitesse de rotation des couteaux est réglable. Pour que l'appareil fonctionne dans de bonnes conditions, il est nécessaire d'obtenir un compromis entre la qualité de mixage d'une part et la qualité de l'évacuation du mélange d'autre part. La section d'un couteau traditionnel est représentée à la figure 5 du dessin annexé, sur laquelle le sens de déplacement du couteau est symbolisé par la flèche A. Comme le montre cette figure 5, le couteau traditionnel 9 a une section en forme de trapèze rectangle dont la grande base 91 représente la face supérieure du couteau et la petite base 93 la face inférieure de sa partie amère. Son bord d'attaque consiste en une arête vive 90, qui rejoint la face 93 par une face plane inclinée 94. Le bord de fuite, c'est-à-dire le bord arrière du couteau, consiste en une facette verticale 92. L'expérience a montré qu'il était difficile, avec ce genre de profil de couteau, d'obtenir un compromis satisfaisant entre les qualités de mixage et d'évacuation du mélange. Si on veut augmenter la qualité du mixage, notamment en augmentant la vitesse de rotation des couteaux, on observe une instabilité d'évacuation du produit, une augmentation de la puissance consommée par l'appareil et un encrassement important et irrégulier du fût. Inversement, une amélioration de l'évacuation du produit conduit à une baisse de qualité du mixage, notamment sur le plan de son homogénéité. L'objectif de l'invention est de résoudre ce problème en proposant une nouvelle forme de profil pour le couteau, qui permette un mixage plus homogène, tout en réduisant la puissance absorbée et l'usure des couteaux, réduisant l'encrassement et facilitant le nettoyage, permettant d'augmenter le débit sans augmenter la puissance motrice. Cet objectif est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que le couteau rotatif, qui consiste en un corps allongé de forme générale aplatie, possède à sa partie avant, Si l'on considère son sens de déplacement, des faces supérieure et inférieure sensiblement planes qui divergent vers l'arrière d'un angle aigu et se raccordent respectivement à des faces supéneure et inférieure également sensiblement planes, et qui convergent vers l'arrière. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives: - cet angle aigu est compns entre 10 et 300 et est de préférence de l'ordre de 15 à 20 ; - le couteau possède un bord d'attaque plan, constitué par une facette sensiblement perpendiculaire à la face supéneure avant; - le couteau possède un bord de fuite en forme d'arête, de faible épaisseur; - la face inférieure arnère du couteau est sensiblement parallèle à la face supérieure avant; - la face inférieure avant est sensiblement parallèle à la face supérieure s amère ; - les bords d'attaque et de fuite du couteau convergent légèrement suivant la direction longitudinale du couteau, lorsqu'on s'éloigne de son axe de rotation;; - L'appareil de mixage de produits, qui fait également partie de la présente invention, est remarquable en ce qu'il comprend un fût vertical cylindrique dans lequel est guidé un arbre rotatif également vertical et coaxial au fût, cet arbre étant pourvu d'au moins un jeu de couteaux tels que caractérisés ci-dessus, ces couteaux étant montés en étoile à la périphérie de l'arbre. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'appareil, ce jeu de couteaux comporte des couteaux sensiblement honzontaux alternés avec des couteaux obliques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un appareil de mixage de produits qui comporte des couteaux conformes à l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale de l'appareil de la figure 1, selon le plan horizontal Il-Il; - la figure 3 est une vue de dessous et en perspective d'un couteau conforme à l'invention, qui équipe l'appareil des figures 1 et 2; - la figure 4 représente la section transversale, selon le plan de coupe III III de la figure 3 de ce couteau: - la figure 5 est une section correspondante d'un couteau traditionnel faisant partie de l'état de la technique, et dont les caractéristiques de forme ont déjà été commentées plus haut. L'appareil qui est représenté aux figures 1 et 2 est une machine couramment appelée mélasseur vertical. C'est une machine de transformation utilisée en agroalimentaire, principalement pour la fabncation d'aliments composés pour animaux. Elle est utilisée pour incorporer en continu des liquides aux farines mélangées qui composent les formules nutritionnelles, le liquide principal incorporé étant, par exemple, de la mélasse. Cet appareil, désigné par la référence 1, comprend un fût cylindrique 10, d'axe vertical XX ', à l'intérieur duquel est guidé et entraîné en rotation un arbre 2 coaxial au fût, c'est-à-dire également d'axe X X '. Le fût 10 comporte une embase 12 par laquelle elle est fixée, par des moyens appropriés, sur un bâti 4. L'arbre est entraîné en rotation, à vitesse continue et avantageusement adaptable par des moyens non représentés, par exemple au moyen d'un moteur électrique logé à la base du fût, dans le socle 4, via un système de poulies et de courroie. Son mouvement de rotation est symbolisé par la flèche R aux figures 1 et 2. L'arbre est convenablement guidé en rotation, à l'intérieur et à la base du fût par un palier 13 et en partie haute par un palier 30 qui fait partie d'une pièce 3 fixée à l'extrémité supérieure du fût 10. La paroi du fût se raccorde, dans sa moitié inférieure, à une tubulure 11, également cylindnque, d'axe YY' faisant un coude orienté vers l'extérieur et vers le bas par rapport à l'axe vertical XX'. A titre indicatif, la tubulure 11 forme un angle ô de l'ordre de 45" par rapport à l'axe XX'. L'appareil est équipé d'un dispositif d'injection de la mélasse liquide, qui porte la référence générale 5, et qui comprend une couronne de distribution 50 approvisionnée en mélasse par une tubulure appropriée 52. Cette couronne est fixée autour du fût 10, en partie haute de celui-ci.De la couronne partent des rampes de distribution 51, par exemple sous forme de tubes percés, convenablement disposés et répartis à l'intérieur de l'enceinte de mélange, de manière à distribuer de manière homogène le liquide, comme cela est symbolisé par les flèches M. La farine est distribuée par des moyens appropriés non représentés à la partie haute du fût, et tombe par gravité à l'intérieur de l'enceinte, comme cela est symbolisé par les flèches F. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, il est prévu deux jeux de couteaux 6, 7 situés à des hauteurs différentes sur l'arbre 2. Ces deux jeux sont simllaires. Chacun d'entre eux comporte six couteaux, à savoir deux couteaux 8 dont le plan principal est horizontal, diamétralement opposés, et deux paires de couteaux obliques 8', 8" également diamétralement opposés, disposés à angle droit par rapport aux couteaux horizontaux 8. Chacune des paires comprend un couteau supérieur 8' dirigé radialement, mais incliné vers le haut d'un angle y' par rapport à l'horizontale et un couteau inférieur 8" incliné vers le bas d'un angle y". Les couteaux 8' et 8" sont à l'aplomb l'un de l'autre. A titre indicatif la valeur des angles y' et y" est de l'ordre de 25 à 30". Les couteaux 8' et 8" ont une forme similaire de celle des couteaux 8. Ils ont toutefois une longueur un plus grande, de telle sorte que leur bord extérieur arrive comme celui des couteaux 8 - à faible distance de la paroi intérieure du fût 10. En vue de dessus, le jeu de couteaux 8, 8', 8" a donc la forme d'une étoile à quatre branches, c'est-à-dire d'une croix. Les couteaux sont fixés par leur talon de manière appropriée, connue en soi, dans des couronnes de montage 60, 70 solidaires de l'arbre 2. De préférence, les deux jeux 6 et 7 sont décalés angulairement, autour de XX', de 90" I'un par rapport à l'autre, de sorte qu'une paire de couteaux obliques 8', 8" de l'un soit à l'aplomb d'un couteau honzontal 8 de l'autre, et réciproquement. La figure 5 montre la forme d'un couteau traditionnel, qui a déjà été décrit plus haut. Les figures 3 et 4 montrent la forme particulière des couteaux selon l'invention. Le couteau a la forme générale d'une plaquette de faible épaisseur, dont l'axe longitudinal ZZ' est destiné à couper l'axe XX' quand le couteau est monté sur l'arbre 2. Ce couteau comprend un talon de montage 80 et une partie active 81. De manière connue, le talon 80 porte une rainure 800 et un trou 801 qui servent à la fixation du couteau dans les bndes annulaires 60, 70. La face supéneure de la partie active du couteau, désignée 82 est formée de deux parties planes 820 et 821 qui forment entre elles un angle obtus. De la même manière, la face inférieure 83 est formée de deux parties planes 830 et qui forment également entre elles un angle obtus. Ainsi, si on considère la direction A d'avance du couteau, les faces supérieure 820 et inférieure 830 de la partie avant du couteau divergent vers l'arrière à peu près jusqu'à la zone centrale du couteau, après quoi, les faces supérieure 821 et inférieure 831 de la partie arrière du couteau convergent à nouveau pour se rejoindre et former le bord arrière 811. Le bord avant 810 du couteau, ou bord d'attaque, forme une facette plane sensiblement perpendiculaire à la face 820. Ce bord d'attaque pourrait toutefois former une arête. Cependant, cette arête serait vite émoussée du fait de phénomènes d'usure. C'est pourquoi on lui préfère une forme de facette plane. Le bord arrière - ou bord de fuite - 811 forme une arête. L'angle ss que forment entre elles les parties planes 820 et 830 est avantageusement compns entre 15 et 20 ; ; il est par exemple de 170. Avantageusement, l'angle que forment entre elles les parties arrières 821, 831 a une valeur du même ordre. Ainsi, la section du couteau a la forme approximative d'un parallélogramme dont l'un des angles, correspondant au bord d'attaque, est tronqué. Par ailleurs, la largeur du couteau décroît linéairement lorsqu'on se déplace du talon 80 vers l'extrémité libre du couteau, les bords 810 et 811 convergeant légèrement d'un angle a. A titre indicatif, la longueur totale du couteau (mesurée selon ZZ') est de l'ordre de 60 à 160 millimètres ; la largeur du couteau à la base de l'extrémité active, côté talon 80, est de l'ordre de 80 millimètres, tandis que cette largeur, côté libre est de l'ordre de 50 millimètres ; I'épaisseur maximale du couteau est de l'ordre de 10 millimètres. Le couteau peut être réalisé dans tout matériau approprié ayant une bonne résistance mécanique et résistant bien à l'usure et à la corrosion, ce matériau étant adapté aux matières avec lesquelles il doit rentrer en contact. Il s'agit par exemple d'un acier inoxydable traité en surface, par exemple revêtu de carbure. L'appareil mélasseur représenté aux figures 1 et 2 est par exemple destiné à fournir un mélange de fanne et de mélasse à une presse fabriquant des granulés et disposée à la sortie de l'appareil, non représentée ici. Comme déjà dit, les fannes sont introduites dans l'appareil à la partie haute du fût 10 (flèches F). L'appareil est alimenté en mélasse liquide par la conduite 52 qui est reliée à une cuve de stockage et de chauffage de la mélasse, via une pompe d'alimentation non représentée. Les rampes distributrices 51 permettent une répartition homogène du liquide dans l'enceinte de l'appareil, à l'intérieur du fût 10, et la mélasse se trouve donc incorporée à la fanne. Les deux jeux de couteaux successifs 6, 7 vont ensuite réaliser le mixage de ces deux composants. Comme déjà dit, le mélange comprend au maximum 10 % de mélasse. Le profil particulier des couteaux selon l'invention, profil qui se rapproche de celui d'une aile d'avion dont l'extrados est constitué par les parties 820 et 821, tandis que l'intrados est constitué par les parties 830 et 831, crée un brassage particulièrement efficace et un entraînement régulier des matières au cours du mixage ; il semble que cette efficacité résulte des différences de pression entre les deux faces supérieure et inférieure des couteaux et de la dépression qui se crée près du bord de fuite 811. Les couteaux ont une très bonne pénétration dans le produit, ce qui réduit la puissance absorbée, ainsi que l'usure. L'encrassement inévitable du fût se fait de manière régulière, et le nettoyage de l'appareil est par conséquent plus facile. Il est possible d'augmenter le débit sans augmenter la puissance motnce. Le produit est très homogène, ce qui améliore le rendement du poste subséquent, en l'occurence la presse à granulés. La qualité de mixage est moins tributaire de la vitesse de rotation, et il est donc possible de réduire sensiblement cette vitesse tout en conservant les performances signalées ci-dessus. Enfin, le niveau de bruit produit par la machine est sensiblement plus faible qu'avec des couteaux traditionnels. Au cours du mixage, le jeu de couteaux supérieur 6 refoule progressivement et en continu les matières vers le jeu de couteaux inférieur 7, qui lui même les refoule, également de manière progressive et en continu, vers le bas. Le produit fini descend dans le fût puis en sort par la tubulure d'évacuation 11, comme symbolisé par les flèches K à la figure 1. Il est ensuite transféré, par des moyens appropriés, à la presse à granulés. II va de soi qu'un tel appareil peut servir à incorporer d'autres liquides que de la mélasse dans des farines ou d'autres produits pulvérulents ou granulaires ; à titre d'exemple on peut citer de l'huile de soja ou des acides. Il va de soi qu'on pourrait faire usage dans l'appareil de mixage d'un seul jeu, ou de plus de deux jeux de couteaux. Le nombre et la disposition de ces couteaux peut être différent de celui du mode de réalisation décnt plus haut. REVENDICATIONS 1. Couteau rotatif pour appareil de mixage de produits, notamment d'un mélange de mélasse et de farine alimentaire consistant en corps allongé de forme aplatie, caractérisé par le fait qu'il possède à sa partie avant, si l'on considère son sens de déplacement (A), des faces supéneure (820) et inférieure (830) sensiblement planes qui divergent vers l'arrière d'un angle aigu ( ,8) et se raccordent respectivement à des faces supérieure (821) et inféneure (831) également sensiblement planes, et qui convergent vers l'arrière. 2. Couteau selon la revendication 1, caracténsé par le fait que ledit angle aigu (B) est compris entre 100 et 300 et est de préférence de l'ordre de 15 à 20 . 3. Couteau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il possède un bord d'attaque (810) plan, constitué par une facette sensiblement perpendiculaire à ladite face supéneure avant (820). 4. Couteau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il possède un bord de fuite (811) en forme d'arête, de faible épaisseur. S. Couteau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la face inférieure arrière (831) est sensiblement parallèle à la face supérieure avant (820). 6. Couteau selon l'une des reendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la face inférieure avant (830) est sensiblement parallèle à la face supérieure arrière (821). 7. Couteau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ses bords d'attaque (810) et de fuite (811) convergent légèrement suivant la direction longitudinale (ZZ') du couteau, lorsque l'on s'éloigne de son axe de rotation (XX'). 8. Appareil de mixage de produits, notamment d'un mélange et de farine alimentaire, qui comprend un fût vertical cylindrique (10) dans lequel est guidé un arbre rotatif (2) également vertical et coaxial au fût (10), caractérisé par le fait que cet arbre (2) est pourvu d'au moins un jeu (6, 7) de couteaux (8, 8', 8") conformes à l'une des revendications précédentes, qui sont montés en étoile à sa périphérie. 9. Appareil de mixage selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit jeu de couteaux comporte des couteaux (8) sensiblement horizontaux alternés avec des couteaux obliques (8', 8").