Brevet FR2737899A1 — publié le 19970221

La présente invention concerne un pétrin de malaxage, notamment pour asphaltes coulés, c'est-à-dire des mélanges à chaud, entre 200 C et 250 C environ, de filler, de sable, de gravier, de calcaire asphaltique naturel broyé en poudre et de bitume de raffinerie. De tels mélanges, rendus homogènes par malaxage, peuvent ensuite être coulés à chaud pour réaliser l'étanchéité des bâtiments, des terrasses parking et des ouvrages d'art, ou pour réaliser les couches de circulation des ouvrages de voirie du genre trottoir, chaussée, etc... Dans le domaine des pétrins de malaxage pour asphaltes coulés, on connaît à l'heure actuelle des pétrins à axe généralement horizontal dont la cuve comporte un arbre axial entraîné par un moteur extérieur et portant une série de bras radiaux au bout de chacun desquels est fixée une palette pouvant être légèrement incurvée et plus ou moins parallèle à l'arbre. Avec de tels pétrins connus, l'opération de malaxage est lente: 2 à 3 heures pour 500 kg et 5 à 8 heures pour 10 t. En outre, lorsqu'on introduit successivement les produits à mélanger dans la cuve, en particulier la poudre d'asphalte naturel, on constate l'existence de traînées beiges dans la masse noire, qui restent visibles très longtemps, montrant ainsi que le mélange ne devient homogène et ne présente la qualité requise qu'au bout d'une période de temps très importante. Il en résulte évidemment une consommation d'énergie très élevée. Par ailleurs, dans ce type de pétrin connu, on voit souvent se former un boudin plus ou moins important qui s'enroule autour de l'arbre et qui influe donc négativement sur l'homogénéité et la qualité du mélange et sur le rendement du pétrin. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont montré de façon surprenante que l'on pouvait remédier aux inconvénients précités grâce à une conception nouvelle des outils de malaxage, qui permet à la fois de réduire la durée de malaxage d'au moins 20 % à 30 % et de faire disparaître très rapidement toutes les traînées beiges, ce qui est le signe d'une excellente dispersion des éléments fins,et l'obtention rapide d'un mélange homogène de la qualité requise. Par ailleurs, la forme nouvelle des outils de malaxage permet de réaliser des économies d'énergie pouvant atteindre 50 %, ce qui est un autre résultat tout à fait inattendu, tandis que le phénomène de boudin n'apparaît plus, ce qui est également surprenant et implique que l'efficacité du malaxage est obtenue dès le début de la phase de remplissage de la cuve, ce qui est évidemment très important pour la qualité du mélange. Enfin, cette forme nouvelle des outils permet d'augmenter dans des proportions importantes la vitesse de malaxage sans aucun risque de déformation ou de rupture des outils, de la cuve ou du mécanisme d'entraînement en rotation. Conformément à l'invention, le pétrin de malaxage, notamment pour asphaltes coulés, est du type comprenant une cuve fixe chauffée, comportant deux parois terminales transversales planes ou bombées mais de préférence planes reliées par une paroi entièrement ou sei-cylindrique présentant un axe de symé- trie longitudinal, et contenant au moins un outil fixe et un outil tournant excentrés respectivement supportés par les parties fixes et tournantes de paliers axiaux associés aux parois terminales, l'une desdites parties tournantes étant solidaire d'un moyen d'entraînement en rotation extérieur à la cuve. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'outil fixe est constitué par une barre généralement rectiligne disposée au voisinage du tiers du rayon de la cuve et l'outil tournant est constitué par deux barres généralement hélicoïdales, disposées symétriquement par rapport au centre de la cuve et à proximité de la paroi cylindrique de cette dernière, chaque barre étant montée entre deux bras radiaux respectivement proches des parois terminales et faisant entre eux un angle d'environ 120 . Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la barre constituant l'outil fixe est disposée dans un plan radial, présente une pente de 50 à 15 par rapport à l'axe de symétrie longitudinal et est reliée à l'un des paliers par un tronçon incliné à environ 45 et à l'autre palier par un tronçon en arc de cercle et un tronçon coudé; - la barre constituant l'outil fixe est conformée en U dont les deux branches rectilignes sont généralement parallèles à l'axe de symétrie longitudinal, le fond du U étant relié à l'un des paliers par une chaise de support et les extrémités respectives des deux branches rectilignes du U étant inclinées et fixées de part et d'autre d'une pièce de support axiale associée à l'autre palier; - la barre constituant l'outil fixe est creuse et les extrémités respectives des deux branches tubulaires du U sont raccordées à des conduits délimités par une cloison centrale de la pièce de support axiale et débouchant dans des gaines extérieures d'entrée et de sortie. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque barre hélicoïdale porte une série de petits racleurs longitudinaux équidistants et intercalés alternativement sur les deux barres, constitués par des plaquettes amovibles réglables sur des porte-racleurs solidaires desdites barres, chaque bras radial portant un grand racleur terminal constitué par une longue plaquette amovible réglable sur un porte-racleur solidaire dudit bras. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, le pétrin est double et contient deux ensembles d'outils fixes et tournants montés en série, la cuve étant entièrement cylindrique et comportant un seul dispositif extérieur d'entraînement en rotation. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention, le pétrin double comprend: - un palier intermédiaire disposé à mi-longueur de la cuve et comportant une bague extérieure supportée par au moins trois bras radiaux dont les extrémités libres sont respectivement logées de façon réglable dans des pots solidaires de la paroi intérieure de la cuve, - un dispositif d'accouplement disposé à mi-longueur de la cuve et comportant deux pièces qui sont respectivement solidaires des outils tournants, solidaires l'une de l'autre et logées dans un coussinet autolubrifiant en wMetaframu par exemple supporté par le palier intermédiaire, lesdites pièces entourant un coussinet autolubrifiant intérieur supportant les outils fixes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs formes possibles de réalisation, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une vue schématique partielle de dessus d'une première forme de réalisation du pétrin de malaxage selon l'invention; la figure 2 représente une vue en coupe schématique partielle suivant la ligne axiale II-II de la figure 1; la figure 3 représente une vue en coupe brisée schématique partielle suivant la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 représente une vue schématique partielle de dessus d'une deuxième forme de réalisation du pétrin de malaxage selon l'invention; la figure 5 représente une vue en coupe schématique partielle suivant la ligne axiale V-V de la figure 4; la figure 6 représente un vue schématique avec coupes latérales partielles d'un pétrin double à deux ensembles d'outils en série; et la figure 7 représente une vue schématique transversale partielle du palier intermédiaire pour pétrin double. Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments. En se référant aux figures 1 à 3, celles-ci illustrent une première forme de réalisation de l'invention appliquée à un petit pétrin de malaxage pour asphaltes coulés ayant une capacité de l'ordre de 500 kg par exemple. Un tel pétrin comprend de préférence une cuve chauffée 1 comportant deux parois terminales transversales de préférence planes 2 et 3 reliées à leur partie inférieure par une paroi semi- cylindrique 4 présentant un axe de symétrie longitudinal 5 et à leur partie supérieure par deux parois longitudinales formant avec les parois terminales un ensemble supérieur rectangulaire. La cuve est disposée à poste fixe sur le sol ou sur un camion et contient au moins un outil fixe et un outil tournant qui sont excentrés par rapport à l'axe de symétrie et qui sont respectivement supportés par les parois fixes 6, 7 et tournantes 8, 9 de paliers axiaux 10, 11 associés aux parois terminales 2, 3. La partie tournante 8 est rendue solidaire d'un moyen d'entraînement en rotation non représenté et extérieur à la cuve. Selon une particularité essentielle de l'invention, l'outil fixe est constitué par une barre généralement rectiligne 12, qui est disposée au voisinage du tiers du rayon de la cuve semi-cylindrique 1, et l'outil tournant est constitué par deux barres généralement hélicoïdales 13, 14 qui sont disposées symétriquement par rapport à un point 15 situé sur l'axe de symétrie 5, approximativement au centre de la cuve, chaque barre hélicoïdale se déduisant de l'autre par une rotation de 180 autour dudit point central 15. Les deux barres symétriques 13, 14 sont en outre disposées à proximité de la paroi cylindrique 4 de la cuve et sont montées chacune entre deux bras radiaux 16, 17 qui sont respectivement proches des parois terminales 2, 3 et font entre eux un angle a ayant par exemple une valeur d'environ 1200. Plus précisément, la barre 12 formant l'outil fixe est disposée dans un plan radial, par exemple le plan radial vertical passant par l'axe de symétrie 5 de la cuve, et présente une pente de l'ordre de 5 à 15 par rapport audit axe 5. Pour être démontable, la barre peut comprendre deux éléments 12a, 12b reliés de façon connue par des brides associées 18 et 19, l'élément 12a étant relié à la partie fixe 6 de l'un des paliers 10 par un tronçon 20 incliné à environ 45 par exemple, tandis que l'élément 12b est relié à la partie fixe 7 de l'autre palier 11 par un tronçon en arc de cercle 21 et un tronçon coudé 22. A titre de variante et en se référant aux figures 4 et , l'outil fixe peut se présenter sous la forme d'une barre en U 23 généralement parallèle à l'axe de symétrie 5 et disposée de préférence au voisinage du tiers du rayon de la cuve 1. Le fond 24 du U est relié à la partie fixe 6 de l'un des paliers 10 par l'intermédiaire d'une chaise 25 ou de tout autre moyen de support et les extrémités respectives 26a, 26b des deux branches 27a, 27b du U sont inclinées, par exemple à 45 environ, et arrondies en arc de cercle de manière à pouvoir être fixées de part et d'autre d'une pièce de support axiale 28 associée à la partie fixe 7 de l'autre palier 11. La barre rectiligne 12 représentée sur les figures 1 et 2 et la barre en U 23 représentée sur les figures 4 et 5 sont destinées à briser les flux de matière pendant le malaxage. La barre rectiligne 12 comme la barre en U 23 peuvent être pleines ou creuses. Lorsque ces barres sont creuses ou tubulaires, elles peuvent servir à loger les fils de capteurs de température, par exemple des thermocouples, et porter plusieurs sondes de température judicieusement réparties, permettant ainsi de connaître la température en plusieurs points du mélange et non plus seulement en façade comme cela est le cas actuellement. Dans le cas particulier o la barre en U 23 est creuse, elle peut également permettre la circulation d'un fluide caloriporteur concourant au chauffage du mélange à malaxer afin d'augmenter le rendement de l'échange thermique comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. En se référant aux figures 4 et 5, les extrémités tubulaires 26a et 26b de la barre creuse en U 23 sont raccordées aux orifices 29a, 29b de la pièce de support axiale 28, qui est creuse et comporte une cloison centrale 30 délimitant deux conduits 31a et 31b débouchant respectivement dans des gaines extérieures d'entrée et de sortie, 32a et 32b. En outre, au moins les parties rectilignes 27a et 27b du tube en U 23 peuvent porter des ailettes 33 de diffusion thermique dont le contour général est représenté de façon très schématique. Lors du fonctionnement, le fluide caloriporteur arrive par la gaine d'entrée 32a, entre dans le premier compartiment ou conduit 31a de la pièce de support axiale 28, puis circule successivement dans la branche d'entrée 27a, le fond 24 et la branche de sortie 27b du tube en U 23, pour passer ensuite dans le second compartiment ou conduit 3lb de la pièce 28, puis dans la gaine de sortie 32b. Lorsque le pétrin de malaxage est chauffé de façon classique par des brûleurs dont les gaz brûlés circulentdans la double enveloppe de la cuve, ces gaz brûlés peuvent être avantageusement recyclés dans le circuit décrit ci-dessus en pénétrant par la gaine d'entrée 32a et en ressortant par la gaine de sortie 32b pour être rejetés à l'atmosphère. Il en résulte évidemment une importante amélioration du rendement énergétique du fait que le mélange est chauffé également dans sa masse et non plus seulement par échange thermique avec la paroi de la cuve de malaxage. En se référant essentiellement aux figures 1 à 3, chaque barre généralement hélicoïdale 13, 14 comporte de préférence un tronçon purement hélicoïdal 13a, 14a prolongé par un tronçon rectiligne 13b, 14b parallèle à la paroi cylindrique 4 de la cuve. Ces deux tronçons 13a, 13b et 14a, 14b de chaque barre 13, 14 portent ensemble une série de petits racleurs destinés à agir sur la paroi cylindrique 4 de la cuve 1. Tous les petits racleurs sont de préférence équidistants et intercalés alternativement sur les deux barres 13 et 14 de manière à couvrir la totalité de la surface cylindrique de la paroi 4. Ces racleurs peuvent être constitués par des plaquettes amovibles 34 montées de façon réglable, par exemple au moyen de trous oblongs, sur des porte-racleurs 35 qui sont rendus solidaires desdits tronçons, par exemple par soudage, de manière à faire un certain angle avec la directrice associée de la paroi cylindrique 4. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont montré qu'un angle d'environ 35 convenait parfaitement pour permettre l'échappement de la matière raclée et son retour dans la masse en cours de malaxage sans nécessiter un effort trop important sur la structure hélicoïdale et/ou le mécanisme d'entraînement en rotation, dont le sens de travail est évidemment fonction du sens de giration des deux hélices constitutives. Comme indiqué précédemment, les deux barres généralement hélicoïdales 13 et 14 ou les deux ensembles comportant un tronçon purement hélicoïdal 13a ou 14a prolongé par un tronçon rectiligne 13b ou 14b sont montés chacun entre deux bras radiaux 16 et 17 qui sont respectivement proches des parois terminales 2 et 3. Ces bras radiaux sont respectivement montés sur les parties tournantes 8 et 9 des paliers axiaux 10 et 11 et peuvent présenter une forme générale cylindrique ou légèrement conique. Toutefois, ils doivent présenter chacun une génératrice parallèle aux parois terminales et disposée de manière à pouvoir recevoir un grand racleur destiné à agir sur la paroi terminale associée 2 ou 3 de la cuve 1. Ces grand racleurs peuvent être constitués chacun par une longue plaquette amovible 36 montée de façon réglable, par exemple au moyen de trous oblongs, sur un porte-racleur 37 rendu solidaire du bras porteur 16 ou 17, par exemple par soudage. Comme précédemment, chaque grand porte- racleur fait de préférence un certain angle avec la surface de la paroi terminale associée 2 ou 3. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont montré qu'un angle de 65' environ était parfaitement acceptable pour amener la matière raclée à retourner dans la masse en cours de malaxage. Les plaquettes amovibles 34 et 36 peuvent être constituées par du métal, par une céramique, par du polytétrafluoréthylène ou même par des brosses métalliques qui, lorsque l'équipement doit être anti- déflagrant, sont avantageusement réalisées en laiton. Par ailleurs, chacune des deux barres 13, 14 et, plus précisément, chacun des deux tronçons hélicoïdaux 13a et 14a peut comporter une contrebarre 38,qui sert au raidissement de l'ensemble et améliore particulièrement l'effet de brassage et qui est fixée sur la barre ou le tronçon associé par l'intermédiaire d'au moins deux entretoises 39 et, éventuellement, une extrémité de contrebarre coudée 40. Les deux barres hélicoïdales 13 et 14 peuvent être constituées par un profilé plein ou un tube creux présentant une section droite circulaire, elliptique ou oblongue, par exemple à deux parois planes et parallèles reliées par des parois d'extrémité en demi-cercle. En se référant aux figures 6 et 7, celles-ci illustrent une forme de réalisation de l'invention appliquée à un grand pétrin de malaxage pour asphaltes coulés ayant une capacité de l'ordre de 10 tonnes, par exemple. Dans ce cas, les efforts de torsion dans les outils deviennent trop importants. La solution consistant à augmenter leur section conduit à des outils lourds, encombrants, difficiles à mettre en place sans agrandir les portes de chargement et à entraîner en rotation du fait de leur inertie. La seule solution acceptable consiste donc à réaliser un pétrin double dans lequel les deux ensembles d'outils sont montés en série, ce qui permet d'employer des outils de taille raisonnable et relativement standard, sans difficulté de montage particulière. Bien entendu, la réalisation de ce montage en série avec un seul dispositif d'entraînement extérieur en rotation implique l'existence d'un palier intermédiaire 41 et d'un dispositif d'accouplement 42 disposés à mi-longueur de la cuve. Le palier intermédiaire 41 comprend essentiellement une bague extérieure 43 supportée par trois ou quatre bras radiaux 44 dont les extrémités libres sont respectivement logées de façon réglable dans des pots 45 solidaires de la paroi intérieur entièrement cylindrique 4 de la cuve 1. Les bras 44 sont disposés de façon à laisser entièrement libres non seulement les espaces situés à l'aplomb des portes de chargement (non représentées) et aussi le fond de la cuve 1 afin de permettre de racler ce dernier à partir du gueulard de vidange (non représenté) après la fin d'une opération de malaxage. La face interne de la bague extérieure 43 présente une forme arrondie concave lui permettant de coopérer selon un mouvement de rotule avec la face externe arrondie convexe d'une bague intérieure 46 afin d'absorber les défauts d'alignement des deux ensembles d'outils. Les pièces 47 et 48 supportent respectivement les deux jeux d'outils tournants 13 et 14, sont solidaires l'une de l'autre pour former le dispositif d'accouplement 42 et sont elles-mêmes supportées par un coussinet 49 monté à l'intérieur de la bague intérieure 46. Un autre coussinet autolubrifiant est monté entre les pièces extérieures tournantes 47, 48 et les pièces intérieures fixes 51 qui sont solidaires des deux outils fixes 12. La bague extérieure 43 est de préférence entourée par un couvre-joint en tôle afin d'éviter le remplissage des interstices entre les pièces 43, 47 et 48. A la base des outils tournants, il est en outre possible de fixer d'autres dispositifs de raclage par l'intermédiaire de brides 52 sur lesquelles sont fixés des fers plats coudés formant des bras de support 53 pour des rouleaux de raclage 54. Ces rouleaux peuvent être équipés soit de brosses 55 disposées sur les génératrices des rouleaux, soit de brosses disposées autour des rouleaux selon un tracé hélicoïdal. Ces brosses peuvent être substituées ou ajoutées aux dispositifs de raclage précédemment décrits pour un petit pétrin. La présente invention a été décrite en se référant à un pétrin de malaxage, notamment pour asphaltes coulés, mais elle est également applicable à tout autre mélange bitumineux, à tout mélange non bitumineux comportant une certaine proportion de granulats minéraux, comme les bétons de résine par exemple, ou encore à tout mélange de l'industrie chimique ou agro-alimentaire comprenant une certaine proportion d'ingrédients granulaires ainsi qu'un ou plusieurs ingrédients jouant le rôle de liant de telle sorte qu'après le malaxage, le mélange se présente sous la forme d'une pâte homogène, le pétrin étant chauffé ou non et pouvant même être refroidi selon les besoins. il Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modification utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques,5 sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Pétrin de malaxage, notamment pour asphaltes coulés, de type comprenant une cuve fixe chauffée (1), comportant deux parois terminales transversales de préférence planes (2,3) reliées par une paroi entièrement ou semi-cylindrique (4) présentant un axe de symétrie longitudinal (5), et contenant au moins un outil fixe et un outil tournant excentrés respectivement supportés par les parties fixes (6, 7) et tournantes (8, 9) de paliers axiaux (10, 11) associés aux parois terminales, l'une desdites parties tournantes étant solidaire d'un moyen d'entraînement en rotation extérieur à la cuve, caractérisé par le fait que l'outil fixe est constitué par une barre (12) généralement rectiligne disposée au voisinage du tiers du rayon de la cuve (1) et que l'outil tournant est constitué par deux barres (13, 14) généralement hélicoïdales, disposées symétriquement par rapport au centre (15) de la cuve et à proximité de la paroi cylindrique (4) de cette dernière, chaque barre étant montée entre deux bras radiaux (16, 17) respectivement proches des parois terminales (2, 3) et faisant entre eux un angle (a) d'environ 120 . 2. Pétrin de malaxage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la barre (12) constituant l'outil fixe est disposée dans un plan radial,présente une pente de à 15 par rapport à l'axe de symétrie longitudinal (5) et est reliée à l'un des paliers (10) par un tronçon (20) incliné à environ 45 et à l'autre palier (11) par un tronçon (21) en arc de cercle et un tronçon (22) coudé. 3. Pétrin de malaxage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la barre (23) constituant l'outil fixe est conformée en U dont les deux branches rectilignes (27a, 27b) sont généralement parallèles à l'axe de symétrie longitudinal (5), le fond (24) du U étant relié à l'un des paliers (10) par une chaise de support (25) et les extrémités respectives (26a, 26b) des deux branches rectilignes (27a, 27b) du U étant inclinées et fixées de part et d'autre d'une pièce de support axiale (28) associée à l'autre palier (11). 4. Pétrin de malaxage suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la barre (12, 23) constituant l'outil fixe est creuse. 5. Pétrin de malaxage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les extrémités respectives (26a, 26b) des deux branches tubulaires (27a, 27b) du U sont raccordées à des conduits (31a, 31b), délimités par une cloison centrale (30) de la pièce de support axiale (28) et débouchant dans des gaines extérieures d'entrée et de sortie (32a, 32b). 6. Pétrin de malaxage suivant l'une quelconque de revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque barre hélicoïdale (13, 14) porte une série de petits racleurs longitudinaux équidistants et intercalés alternativement sur les deux barres, constitués par des plaquettes amovibles (34) réglables sur des porte-racleurs (35) solidaires desdites barres, chaque bras radial (16, 17) portant un grand racleur terminal constitué par une longue plaquette amovible (36) réglable sur un porte-racleur (37) solidaire dudit bras. 7. Pétrin de malaxage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que chaque barre hélicoïdale (13, 14) comporte une contrebarre (38) fixée par au moins deux entretoises (39). 8. Pétrin de malaxage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est double et contient deux ensembles d'outils fixes (12) et tournants (13, 14) montés en série, la cuve (1) étant entièrement cylindrique et comportant un seul dispositif extérieur d'entrainement en rotation. 9. Pétrin de malaxage suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un palier intermédiaire (41) disposé à mi- longueur de la cuve (1) et comportant une bague extérieure (43) supportée par au moins trois bras radiaux (44) dont les extrémités libres sont respectivement logées de façon réglable dans des pots (45) solidaires de la paroi intérieure (4) de la cuve. 10. Pétrin de malaxage suivant l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif d'accouplement (42) disposé à mi-longueur de la cuve (1) et comportant deux pièces (47, 48) qui sont respectivement solidaires des outils tournants (13, 14), solidaires l'une de l'autre et logées dans un coussinet (49) supporté par le palier intermédiaire (41), lesdites pièces entourant un coussinet intérieur (50) supportant les outils fixes (12).