Brevet FR2818164A1 — publié le 20020621

MOULIN A IMPACT. NOTAMMENT POUR PRODUIT EN GRAINS La présente invention concerne un moulin à impact, notamment pour produit en grains, comportant au moins une zone d'alimentation de produit pourvue au moins d'une trémie prolongée par un conduit d'amenée de produit dans lequel est disposée une vanne de régulation de débit de produit ainsi qu'une zone de mouture de produit pourvue au moins d'une chambre délimitée en périphérie par au moins un tamis et d'un rotor portemarteaux agencé pour briser le produit en grains et entraîné en rotation par une motorisation, ladite chambre étant en communication en partie haute avec ledit conduit d'amenée de produit en grains et en partie basse avec un conduit d'évacuation de produit moulu. Un tel moulin à impact est bien connu et utilisé, notamment, pour fabriquer de la farine à partir de produit sec en grains ou en fragments comme, par exemple, le petit mil, le sorgho, le poisson séché et tout autre produit sec. Néanmoins, la présente invention se limite à des moulins à impact de taille modérée pour des productions dites artisanales. Néanmoins, un problème majeur de ce type de moulin à impact réside dans la difficulté de maintenir un effort de mouture dans des limites raisonnables en assurant un débit de produit suffisant sans risquer la formation d'un caillot de farine dans la zone de mouture, provoquant un bourrage qui peut bloquer la rotation des marteaux et provoquer des dégâts mécaniques importants. Ce type de moulins à impact utilise, généralement, un moteur Diesel ou un moteur électrique à courant alternatif. La transmission de mouvement entre le moteur et le rotor porte-marteaux s'effectue, habituellement, au moyen de poulies et de courroies pour les raisons suivantes : 1. il est nécessaire de surmultiplier la vitesse de rotation du rotor porte-marteaux par rapport à celle du moteur, étant donné que les régimes de vitesse qui permettent de briser les grains se situent aux alentours des 4500 à 5000 t/mn alors que les vitesses disponibles des moteurs sont limitées à 1800 t/mn pour les moteurs Diesel et à 2900 t/mn pour les moteurs asynchrones à deux pôles alimentés à une fréquence de 50Hz, 2. de plus, l'inertie de ce type de moteur est importante et, en cas de bourrage, la courroie de transmission peut glisser ou sauter et permet d'éviter ainsi les ruptures mécaniques. Néanmoins, cette solution est nettement insuffisante. On le constate, notamment, par la fréquence des ruptures des rotors porte-marteaux et surtout par la déformation en ballon des tamis soumis à une trop forte pression lors du bourrage. Cette déformation des tamis favorise encore la création de caillots qui sont à l'origine des bourrages, ce qui génère des pannes de plus en plus fréquentes et oblige les opérateurs à détruire le caillot à la pioche pour dégager les rotors porte-marteaux. Une solution efficace serait d'arrêter l'alimentation du moulin en produit dès que les premiers signes de bourrage apparaissent. Ces signes peuvent être captés, notamment, par la mesure du couple moteur. Il est nécessaire, dans ce cas, de disposer d'un moteur de faible inertie mais capable de supporter un couple élevé jusqu'au dégagement automatique des marteaux. En effet, l'intervalle de temps entre l'arrêt de l'alimentation des grains au retour à un couple normal de l'entraînement peut prendre quelques minutes. La présente invention se propose d'apporter une solution technique efficace permettant d'atteindre cet objectif au moyen d'un dispositif d'entraînement du rotor porte-marteaux simple, économique, de faible inertie, fiable dans le temps, peu encombrant et pourvu d'un système de refroidissement performant tout en étant insensible à l'environnement pulvérulent. Dans ce but, l'invention concerne un moulin à impact du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que la motorisation comporte un moteur électrique à courant continu, dont l'arbre moteur est couplé directement au rotor porte-marteaux et en ce que l'arbre moteur et le rotor porte-marteaux sont au moins partiellement réalisés dans un matériau à bonne conduction thermique agencé pour assurer entre eux un couplage thermique et évacuer les calories dégagées par ledit moteur électrique vers la zone de mouture dans le produit et l'air brassé par ledit rotor porte-marteaux. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'arbre moteur se prolonge à l'intérieur de la zone de mouture par une extrémité de plus grand diamètre. Le rotor porte-marteaux comporte, avantageusement, une plaque de grande section et des marteaux répartis régulièrement à la périphérie de cette plaque, cette plaque étant couplée solidairement à l'extrémité de plus grand diamètre de l'arbre moteur. Cette plaque peut être constituée d'une tôle découpée et les marteaux peuvent être constitués d'un profilé découpé, ces marteaux étant assemblés à ladite plaque par soudure pour former une pièce monobloc, rigide et équilibrée. D'une manière préférentielle, le matériau à bonne conduction thermique est choisi parmi le groupe comprenant au moins le cuivre et l'aluminium. La vanne de régulation peut comporter un pointeau coopérant avec un orifice prévu dans le conduit d'amenée de produit, ce pointeau étant assujetti en position ouverte par un organe ressort. De même, cette vanne de régulation peut coopérer avec un organe de réglage agencé pour ajuster la position ouverte du pointeau et limiter le débit d'alimentation du produit. Dans la forme de réalisation préférée, le moulin à impact comporte un dispositif de commande de la vanne de régulation agencé pour fermer automatiquement le conduit d'amenée de produit quand le couple du moteur électrique atteint un seuil prédéterminé. Ce dispositif de commande de la vanne de régulation peut comporter au moins une bobine d'induction disposée autour du pointeau et commandée par le courant du moteur électrique, la bobine d'induction étant agencée pour déplacer le pointeau en position fermée quand elle est alimentée à partir d'un seuil de courant prédéterminé. Dans une variante de réalisation, la vanne de régulation peut comporter un pointeau coopérant avec un orifice prévu dans ledit conduit d'amenée de produit, ce pointeau étant assujetti en position ouverte par une ventouse électromagnétique. Dans ce cas, le dispositif de commande de cette vanne de régulation peut comporter cette ventouse électromagnétique commandée par le courant du moteur électrique et agencée pour libérer le pointeau qui se place en position fermée, quand elle est alimentée à partir d'un seuil de courant prédéterminé. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale du moulin à impact selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique de face du moulin de la figure 1 montrant une première forme de réalisation du rotor porte-marteaux, et la figure 3 est une vue de détail d'une seconde forme de réalisation du rotor porte-marteaux. En référence aux figures, le moulin à impact 1 selon l'invention est destiné par exemple au broyage de produits en grains tels que des céréales pour fabriquer de la farine. Il comporte, en partie haute, une zone d'alimentation A de produit en grains à axe vertical, en partie médiane, une zone de mouture B à axe horizontal et, en partie basse, une zone d'évacuation C de produit moulu à axe vertical. L'agencement de ces différentes zones permet une circulation par simple gravité du produit d'une zone à l'autre. Néanmoins, d'autres configurations sont également envisageables. La zone d'alimentation A comporte une trémie 2 pouvant être chargée manuellement ou automatiquement. Cette trémie 2 est prolongée par un conduit d'amenée 3 de produit en grains qui débouche dans la zone de mouture B à travers une porte d'accès 4. Une vanne de régulation 5 est prévue pour contrôler le débit de produit en grains délivré par la trémie 2. Cette vanne de régulation 5 comporte, dans l'exemple représenté, un support de vanne 50 disposé dans la trémie 2 et coaxialement, un pointeau 51 logé dans l'axe de ce support de vanne 50 et coopérant avec un orifice de sortie 52 prévu à la base de ce support et communicant avec ledit conduit d'amenée 3. En position ouverte, la position axiale du pointeau 51 par rapport à l'orifice de sortie 52 peut être ajustée par un écrou 53 en prise avec l'extrémité filetée du pointeau 51. Une butée axiale 54 formée par un épaulement solidaire du pointeau 51 permet de limiter sa position ouverte. Un ressort de rappel 55 est disposé autour de cette extrémité filetée entre ledit support de vanne 50 et l'écrou 53 et permet de rappeler le pointeau 51 dans sa position ouverte. Bien entendu, d'autres types de vanne de régulation ou d'autres moyens de réglage et de rappel peuvent également être envisagés. La zone de mouture B comporte une chambre 6 délimitée en périphérie par une grille formant un tamis 60, de forme cylindrique. Selon les besoins, plusieurs tamis peuvent être prévus et avoir des formes différentes. Un rotor porte-marteaux 7 est monté rotatif selon l'axe de cette chambre 6 et est entraîné par une motorisation 8 disposée à l'extérieur de cette chambre 6. Le conduit d'amenée 3 communique avec cette chambre 6 par un orifice 40 prévu dans la porte d'accès 4 qui ferme latéralement la chambre 6. La zone d'évacuation C comporte un conduit d'évacuation 9 d'axe vertical, disposé directement en prolongement vers le bas de la zone de mouture B. Ces deux zones B, C sont capotées par un même carénage 10 porté par un châssis 11 destiné à être posé sur le sol et réalisé par exemple en pièces mécano soudées. La motorisation 8 comporte un moteur électrique 80 logé dans un boîtier étanche 81 et couplé directement au rotor porte-marteaux 7 à travers une paroi du carénage 10. Ce moteur 80 est un moteur à courant continu, alimenté par exemple au moyen de batteries 30 rechargées par un courant d'origine solaire ou par tout autre moyen de production de courant. Ce moteur 80 à courant continu, n'étant plus dépendant d'une fréquence de courant, permet d'atteindre des vitesses de rotation élevées, comme par exemple des vitesses de 4500 à 5000 t/mn qui correspondent aux régimes de vitesse utiles pour briser les grains. Ce moteur 80 comporte notamment un arbre moteur 82 guidé en rotation par deux roulements 83,84 montés respectivement dans le boîtier étanche 81 et le carénage 10. L'arbre moteur 82 porte le bobinage moteur 85 et le collecteur de courant 86 sur lequel frottent les balais 31 du circuit d'alimentation. Le bobinage moteur 85 est entouré par des aimants 87 formant le stator. L'arbre moteur 82 se prolonge à l'intérieur de la zone de mouture B par une extrémité 88 de plus grand diamètre directement couplée au rotor porte-marteaux 7, par exemple, au moyen de vis 89. L'arbre moteur 82 présente un diamètre volontairement surdimensionné et comporte au moins une âme réalisée de préférence dans un matériau offrant une bonne conduction thermique, pour des raisons qui seront expliquées plus loin. Ce matériau est par exemple choisi dans le groupe comprenant au moins le cuivre et l'aluminium. Le rotor porte-marteaux 7 est formé d'une plaque 70 pleine, dont la surface est nettement plus grande que la section de l'extrémité 88 de l'arbre moteur 82. Cette plaque 70 porte des éléments de percussion fixes, appelés communément des marteaux 71, répartis régulièrement sur sa périphérie. Dans la figure 2, la plaque 70 a une forme générale carrée et porte un marteau 71 à chaque angle. On obtient ainsi un rotor 7 à quatre marteaux. Dans la figure 3, la plaque 70 a une forme générale triangulaire et porte un marteau 71 à chaque angle. On obtient ainsi un rotor 7 à trois marteaux. Pour des raisons économiques, la plaque 70 a une forme géométrique simple qui peut être découpée dans une tôle sans perte de matière et les marteaux 71 peuvent être constitués d'un profilé simple découpé en tronçons. La plaque 70 et les marteaux 71 peut être assemblés par soudure pour former une pièce monobloc offrant une grande rigidité et un équilibrage parfait. De préférence, le rotor porte-marteaux 7 est également réalisé dans un matériau offrant une bonne conduction thermique, pour des raisons qui seront expliquées plus loin. Ce matériau est par exemple choisi dans le groupe comprenant au moins le cuivre et l'aluminium. Le moulin à impact 1 selon l'invention comporte également un dispositif de commande associé à la vanne de régulation 5 et agencé pour fermer automatiquement le conduit d'amenée 3 de produit quand le couple du moteur électrique 80 atteint un seuil prédéterminé. Ce dispositif de commande comporte, dans l'exemple schématisé par la figure 1, une bobine d'induction 32 disposée autour du pointeau 51 et alimentée par le courant du moteur électrique 80, par exemple au moyen d'un couplage en série avec les balais 31. Le pointeau 51 doit être réalisé totalement ou en partie dans un matériau électromagnétique. Ainsi, quand la bobine d'induction 32 est traversée par un courant, elle induit, à partir d'un certain seuil de courant, une force magnétique dans le pointeau 51 suffisante pour vaincre la force du ressort de rappel 55 et déplacer le pointeau 51 dans sa position fermée. Toutefois, selon la fréquence de déclenchement du dispositif de commande, l'opérateur doit éventuellement réajuster la position axiale du pointeau 51 en vissant ou dévissant l'écrou 53. La bobine d'induction 32 peut, le cas échéant, être remplacée par tout autre moyen technique équivalent comme, par exemple, une ventouse électromagnétique qui comporte notamment un corps et un disque polaire. Dans ce cas, le pointeau est solidaire du disque polaire et le corps est solidaire du support de vanne 50. Ce corps comporte une bobine d'induction alimentée par le courant du moteur électrique 80. En fonctionnement normal, cette ventouse électromagnétique est agencée pour maintenir le pointeau 51 en position ouverte. En cas d'anomalie, quand le courant du moteur électrique 80 dépasse un seuil prédéterminé, c'est-à-dire quand le couple moteur croît au-delà d'une certaine valeur, la ventouse électromagnétique est agencée pour libérer son disque polaire associé au pointeau 51 qui vient se placer en position fermée. Cette solution technique oblige l'opérateur à remonter manuellement le pointeau 51 et donc à vérifier les raisons du bourrage. Le dispositif de commande tel que décrit ci-dessus est simple et permet de fermer la vanne de régulation 5 en fonction du courant absorbé par le moteur électrique 80, qui correspond sensiblement au couple résistant instantané dû à l'effort de mouture. Ainsi, un début de bourrage dans la zone de mouture B provoque une augmentation du couple sur le moteur électrique 80, qui génère simultanément une augmentation du courant absorbé par ce moteur. Cette augmentation du courant active la bobine d'induction 32 qui va déplacer le pointeau 51 vers le bas en position fermée et arrêter l'alimentation du produit en grains. Grâce à l'interruption de l'alimentation du produit en grains tout au début de la formation du bourrage, ce dernier peut se résorber de lui-même par la simple rotation du rotor porte-marteaux 7. Pendant cette phase de travail, le moteur électrique 80 continue à fonctionner. Néanmoins, sous l'effet de l'augmentation du couple résistant générée par le début du bourrage, la température du moteur va croître rapidement. Ce surplus de calories est évacué automatiquement par l'arbre moteur 82 lui-même, en direction de la zone de mouture B puis par le rotor porte-marteaux 7 dans le produit en cours de mouture et dans l'air brassé par ce rotor à la manière d'un ventilateur. Pour augmenter l'effet de refroidissement du moteur électrique 80, il est utile de réaliser l'arbre moteur 82 et le rotor porte-marteaux 7 à partir de matériaux offrant une très bonne conductibilité thermique et de prévoir des sections importantes avec un roulement 84 agrandi et une extrémité 88 de plus grand diamètre afin de ne pas étrangler le flux thermique. Ces choix techniques vont, en plus, dans le sens d'une plus grande robustesse mécanique de l'ensemble. De plus, la plaque 70 du rotor porte-marteaux 7 offre une grande surface de contact avec le produit en cours de mouture et l'air brassé, garantissant ainsi un bon échange thermique. Rappelons que c'est la conception du rotor porte-marteaux 7 qui détermine la performance du moulin à impact 1. Il doit en effet assurer une mouture parfaite tout en évacuant la chaleur induite dans le moteur électrique 80. Ce rotor porte-marteaux 7 a donc été conçu pour assurer un excellent échange thermique sans trop perturber la distribution spatiale et les rebondissements des grains dans la zone de mouture B. Grâce à la bonne conductibilité thermique de l'arbre moteur 82 et du rotor portemarteaux 7, le ventilateur extérieur, habituellement nécessaire pour assurer le refroidissement du moteur électrique 80 en fonctionnement normal, n'est plus nécessaire. Il faut rappeler que ce type de ventilateur avait tendance à s'obstruer rapidement du fait de l'ambiance pulvérulente régnant dans et à proximité du moulin à impact 1. La description démontre clairement que l'invention permet d'atteindre les buts fixés. Notamment, le moulin à impact 1 est doté d'une motorisation 8 de faible inertie, dont le couple permet de contrôler le débit d'alimentation du produit en grains et dont la stabilité thermique permet d'absorber le sur-couple important grâce à un refroidissement efficace et intégré. Cette conception anti-bourrage et à transfert thermique interne permet de faire fonctionner le moteur électrique 80 à son point de rendement maximum. Cet avantage favorise, par conséquent, l'utilisation de ce moulin à impact 1 dans les zones géographiques où les économies d'énergie sont d'une importance capitale. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier. Revendications 1. Moulin à impact (1), notamment pour produit en grains, comportant au moins une zone d'alimentation (A) de produit pourvue au moins d'une trémie (2) prolongée par un conduit d'amenée (3) de produit dans lequel est disposée une vanne de régulation (5) de débit de produit, ainsi qu'une zone de mouture (B) de produit pourvue au moins d'une chambre (6) délimitée en périphérie par au moins un tamis (60) et d'un rotor portemarteaux (7) agencé pour briser le produit en grains et entraîné en rotation par une motorisation (8), cette chambre (6) étant en communication en partie haute avec ledit conduit d'amenée (3) de produit en grains et en partie basse avec un conduit d'évacuation (9) de produit moulu, caractérisé en ce que ladite motorisation (8) comporte un moteur électrique (80) à courant continu, dont l'arbre moteur (82) est couplé directement audit rotor porte-marteaux (7) et en ce que ledit arbre moteur (82) et ledit rotor porte-marteaux (7) sont au moins partiellement réalisés dans un matériau à bonne conduction thermique agencé pour assurer entre eux un couplage thermique et évacuer les calories dégagées par ledit moteur électrique (80) vers la zone de mouture (B) dans ledit produit et l'air brassé par ledit rotor porte-marteaux (7). 2. Moulin à impact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arbre moteur (82) se prolonge à l'intérieur de ladite zone de mouture (B) par une extrémité (88) de plus grand diamètre. 3. Moulin à impact selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor portemarteaux (7) comporte une plaque (70) de grande section et des marteaux (71) répartis régulièrement à la périphérie de cette plaque (70), cette plaque (70) étant couplée solidairement à ladite extrémité (88) de plus grand diamètre dudit arbre moteur (82). 4. Moulin à impact selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque (70) est constituée d'une tôle découpée et en ce que lesdits marteaux (71) sont constitués d'un profilé découpé, lesdits marteaux (71) étant assemblés à ladite plaque (70) par soudure pour former une pièce monobloc, rigide et équilibrée. 5. Moulin à impact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau à bonne conduction thermique est choisi parmi le groupe comprenant au moins le cuivre et l'aluminium. 6. Moulin à impact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vanne de régulation (5) comporte un pointeau (51) coopérant avec un orifice (52) prévu dans ledit conduit d'amenée (3) de produit, ce pointeau (51) étant assujetti en position ouverte par un organe ressort (55). 7. Moulin à impact selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite vanne de régulation (5) coopère avec un organe de réglage (53,54) agencé pour ajuster la position ouverte dudit pointeau (51) et limiter le débit d'alimentation dudit produit. 8. Moulin à impact selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande de ladite vanne de régulation (5) agencé pour fermer automatiquement ledit conduit d'amenée (3) de produit quand le couple dudit moteur électrique (80) atteint un seuil prédéterminé. 9. Moulin à impact selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande de ladite vanne de régulation (5) comporte au moins une bobine d'induction (32) disposée autour dudit pointeau (51) et commandée par le courant dudit moteur électrique (80), ladite bobine d'induction (32) étant agencée pour déplacer ledit pointeau (51) en position fermée quand elle est alimentée à partir d'un seuil de courant prédéterminé. 10. Moulin à impact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vanne de régulation (5) comporte un pointeau (51) coopérant avec un orifice (52) prévu dans ledit conduit d'amenée (3) de produit, ce pointeau (51) étant assujetti en position ouverte par une ventouse électromagnétique. 11. Moulin à impact selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de commande de ladite vanne de régulation (5) comporte ladite ventouse électromagnétique commandée par le courant dudit moteur électrique (80) et agencée pour libérer ledit pointeau (51) qui se place en position fermée, quand elle est alimentée à partir d'un seuil de courant prédéterminé.