Brevet FR2912125A1 — publié le 20080808

Dispositif de dosage et de saupoudrage d'une matière pulvérulente Domaine technique de l'invention 10 L'invention est relative à un dispositif de dosage et de saupoudrage d'une matière pulvérulente contenue dans une trémie de stockage équipée à la sortie d'un tamis à ouverture calibrée, ladite trémie étant reliée à un mécanisme d'entraînement animé d'un mouvement de va-et-vient rectiligne 15 et dissymétrique dont la vitesse de déplacement dans un sens est plus rapide que celle dans le sens opposé. État de la technique 20 Le document EP 1626018 décrit un dispositif de dosage d'une matière pulvérulente contenue dans une trémie de stockage. Le mécanisme d'actionnement oscillant applique à la trémie un mouvement alterné de transfert horizontal s'étendant orthogonalement par rapport à la disposition verticale de la trémie. 25 Le document WO 03/026965 se rapporte à un dispositif de dosage comprenant une trémie ayant à la base un orifice de sortie équipé d'un tamis d'extraction. Un actionneur électromagnétique est solidarisé à la trémie pour appliquer transversalement des chocs et vibrations mécaniques à la paroi 30 latérale.5 Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à optimiser la précision d'extraction d'une matière pulvérulente pour effectuer soit un dosage de petites quantités en 5 continu ou discontinu, soit un saupoudrage sur des formes définies. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la trémie est entraînée par le mécanisme dans une direction parallèle à la gravité pour induire un effet de cisaillement de la matière pulvérulente dans le tamis, dont io le diamètre de vide de maille est choisi en fonction du coefficient de friction interne de la matière pulvérulente, et que des moyens de commande coopèrent avec le mécanisme pour régler le débit massique de la matière extraite par variation de la fréquence et/ou de la course d'oscillation. 15 Le mouvement de va-et-vient vertical de la trémie combiné à celui de la gravité permet d'extraire la matière pulvérulente à travers le tamis. Dans le cas d'un dosage avec pesage, le flux extrait tombe dans un récipient disposé sur une balance de précision. L'intensité des accélérations ainsi que la fréquence des oscillations permet de faire varier le débit d'extraction, cette 20 fréquence pouvant de plus être asservie à la mesure donnée par la balance. Un régime de fréquence élevé en début de dosage, puis lent en fin de dosage, permet d'obtenir un temps de cycle réduit et une précision élevée. 25 Dans le cas de saupoudrage, la forme du tamis sera adaptée à la surface à saupoudrer, ce dispositif permettant de saupoudrer avec précision dans une section définie. Il est possible d'ajouter un masque dessus ou dessous le tamis de manière à constituer un pochoir. 30 Selon un mode de réalisation préférentiel, un dispositif de positionnement auxiliaire permet d'ajuster la hauteur de travail de la trémie de haut en bas 2 selon une première position basse de dosage, et une deuxième position haute pour la préhension du récipient de réception de la matière extraite. Selon une autre caractéristique de l'invention, un dispositif secondaire de cisaillement peut être inséré longitudinalement à jeu dans la trémie pour inhiber le colmatage de la matière pulvérulente. II est formé à titre d'exemple par une paire de lames perpendiculaires se croisant au centre. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif de dosage et de saupoudrage selon l'invention ; - les figures 2 et 3 montrent des vues en élévation de la figure 1, la trémie se 20 trouvant respectivement en position basse de dosage, et en position haute de préhension du récipient ; - la figure 4 représente le dispositif secondaire de cisaillement inséré à jeu dans la trémie pour inhiber le colmatage de la matière pulvérulente lors de 25 l'extraction ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale de la figure 4 ; - la figure 6 montre une vue éclatée avec la trémie associée à un ensemble 30 tamis et masque pour constituer un pochoir. 15 Description détaillée de l'invention Sur les figures 1 à 3, un dispositif de dosage et de saupoudrage 10 d'une matière pulvérulente ou granuleuse, est composé d'un mécanisme d'entraînement 11 à mouvement alternatif oscillant, d'une trémie 12 verticale de stockage de la matière pulvérulente, d'un tamis 13 disposée à la sortie de la trémie 12, d'un bras de fixation 14 pour la transmission du mouvement oscillant du mécanisme d'entraînement 11 à la trémie 12, et accessoirement d'une balance 15, et d'un récipient 16 de réception de la matière pulvérulente extraite du tamis 13. L'ensemble prend appui sur un châssis CH fixe servant de support au mécanisme 11, à la balance 15 et au récipient 16, la trémie 12 étant montée en porte-à-faux par le bras de fixation 14. Le mécanisme d'entraînement 11 génère un mouvement oscillant linéaire, ayant une course linéaire de va et vient allant de 0.5 mm à 20 mm, et à une fréquence comprise entre 5 et 100 Hz. La caractéristique principale de ce mouvement oscillant est d'être dissymétrique : la vitesse de déplacement dans un sens est plus rapide que celle de l'autre sens, le ratio de vitesse entre l'aller et le retour pouvant être compris entre 1/5 et 1/50. La trémie 12 de stockage s'étend dans la direction verticale, et est entraînée par le mécanisme d'entraînement 11 selon un mouvement rectiligne alternatif s'exerçant verticalement. Suivant les caractéristiques de la matière pulvérulente à doser ou à saupoudrer, la vitesse la plus rapide peut être utilisée dans le sens montant ou descendant. Pour certaines poudres, il peut être judicieux d'alterner les deux mouvements pour favoriser l'extraction et éviter le colmatage du tamis 13. Le mécanisme d'entraînement 11 peut être constitué par un motoréducteur accouplé à une came d'entraînement rotative ayant un profil spécifique, ou par tout autre actionneur oscillant à commande pneumatique ou par un moteur à commande numérique. La variation de la fréquence du cycle d'oscillation est réalisée par les moyens électroniques habituellement mis en oeuvre dans ces technologies ,notamment des variateurs ou convertisseurs de fréquence. Le dosage de la poudre est réalisé au travers du tamis 13 formé par une tôle perforée disposée au bas de la trémie 12 de stockage. Le mouvement rectiligne de va-et-vient vertical appliqué à la trémie 12, s'ajoute à la force de gravité s'exerçant sur le pulvérulent pour favoriser une extraction au travers du tamis 13 par effet de cisaillement. Il est clair que la tôle perforée peut être remplacée par une toile de tamisage appropriée à la granulométrie de la matière pulvérulente. Le débit d'extraction dépend de la fréquence, des caractéristiques du mouvement (intensité de l'accélération, vitesse plus élevée dans le sens montant ou descendant), des caractéristiques de la poudre (résistance à l'écoulement, granulométrie, densité, humidité), de la hauteur de poudre contenue dans la trémie 12 dont dépend la force de gravité appliquée sur le tamis, des caractéristiques du tamis (diamètre des pores) et de la surface du tamis 13. Pour une poudre considérée, il est nécessaire d'adapter les caractéristiques du mouvement, sa fréquence ainsi que les caractéristiques du tamis 13 pour obtenir les meilleures performances d'extraction au niveau de la régularité de dosage et du débit. Pour faciliter l'extraction et le flux de certaines poudres au travers de la tôle perforée ou de vide de maille très faible du tamis 13 (dans le cas de très faibles débits pour des micro dosages), un dispositif secondaire de cisaillement 17 (figures 4 et 5) peut être inséré à jeu le long de la trémie 12 de stockage. Ce dispositif est constitué à titre d'exemple, de deux lames 18, 19 longitudinales se croisant en leur centre, sans être fixées à la paroi de la trémie 12, de manière à être soumis aux oscillations verticales générées par le mécanisme 11. Tout colmatage du flux de poudre en sortie du tamis 13 est ainsi inhibé. Le mouvement rectiligne dissymétrique alterné du mécanisme 11 pour l'entraînement de la trémie 12 est avantageusement combiné avec la force de gravité pour l'extraction du pulvérulent au travers du tamis 13. 10 Dans le cas d'un dosage avec pesage, le flux extrait du tamis 13 tombe dans le récipient 16 disposé sur une balance 15 de précision du châssis CH. L'intensité des accélérations ainsi que la fréquence des oscillations permet de faire varier le débit d'extraction, cette fréquence pouvant être asservie à la mesure pondérale donnée par la balance. Un régime de fréquence élevé en 15 début de dosage, puis lent en fin de dosage, permet d'obtenir un temps de cycle réduit et une précision élevée. Pour un dosage discontinu pour lequel on souhaite doser une quantité finie de pulvérulent, le flux de poudre extrait est recueilli dans le récipient 16 pesé, et le signal de la mesure de pesage permet de gérer le fonctionnement du système d'extraction (débit de dosage 20 et arrêt). En plus du réglage de fréquence, le mouvement pourra être inversé en cours de dosage pour faciliter ou limiter l'extraction. Un dispositif de changement rapide de la trémie 12 de stockage permet d'adapter facilement les caractéristiques du tamis 13 à celles du pulvérulent. 25 Pour limiter la hauteur de chute entre la trémie 12 et le récipient 16 de réception, la trémie 12 est solidarisée par le bras de fixation 14 à un dispositif de positionnement auxiliaire 21 pour ajuster la hauteur de travail de la trémie 12 de haut en bas suivant deux positions. En situation de dosage, la trémie 12 est réglée en position basse, la plus rapprochée du récipient 16. Pour 30 faciliter la préhension du récipient 16 en fin de dosage, la trémie 12 est réglée en position haute par le dispositif de positionnement auxiliaire 21. Ce dernier permettant à la trémie 12 de coulisser verticalement, est réalisé par5 tout type d'actionneur, notamment pneumatique (vérin) ou électrique (moteur linéaire). Le passage en position basse du dispositif de positionnement 21 de la trémie 12 au point de dosage permet d'optimiser la valeur du dosage en mode discontinu. Dans le cas d'un dosage continu qui nécessite un débit régulier et réglable de pulvérulent, il suffit d'ajuster la fréquence d'actionnement du mécanisme 11 pour contrôler le débit et compenser l'effet de la gravité dû à la diminution de niveau de poudre dans la trémie 12. La variation de fréquence peut être io réglée de manière continue en fonction du temps de vidange de la trémie 12. Un capteur de niveau 22 est avantageusement situé dans la trémie 12 pour corriger l'effet de gravité dû à la hauteur de pulvérulent contenu dans la trémie 12 sur le débit d'extraction, par la fréquence du mouvement. 15 Dans le cas de saupoudrage (figure 6), la section et la forme du tamis 13 sont adaptées à la surface à saupoudrer, de manière à obtenir un saupoudrage sans débordement. Un masque 20 peut être disposé par des moyens de fixation rapide avant ou après le tamis 13 pour réaliser un pochoir, afin de réaliser une décoration. Le saupoudrage peut être effectué 20 de manière continu ou discontinu pour la décoration de produits dans les industries agroalimentaires, cosmétiques... Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du dispositif 10, il est nécessaire de contrôler le plus finement possible le régime d'écoulement de la matière 25 pulvérulente lors du fonctionnement alterné et de l'arrêt du mécanisme 11: - Lors du régime d'écoulement, les contraintes de cisaillement crées par le mécanisme 11 seront déterminées de manière à dépasser les forces de cohésion du matériau. Le coefficient de friction interne sera alors 30 considérablement réduit ce qui permettra l'écoulement au travers des mailles du tamis 13. Le choix du niveau de contraintes créé par le mécanisme 11 et du diamètre d'ouverture des mailles du tamis 13 permet d'affiner le débit du s flux, et la qualité de désagglomération des particules pour optimiser le saupoudrage. A l'arrêt du mouvement mécanique, pour garantir la précision du dosage, il est nécessaire d'obtenir un arrêt rapide de l'écoulement du matériau pulvérulent. Cette caractéristique est obtenue par un strict contrôle du mouvement et par le choix du diamètre d'ouverture des mailles du tamis 13. En utilisant K (viscosité en Poise) pour le coefficient de friction interne et le rayon r (en cm) du plus petit orifice qui laisse la poudre s'écouler librement, et d la densité (g/dm3) de la poudre non tassée , on obtient la relation : r = K/490.d. L'indice d'écoulement K permet de choisir les paramètres régissant le fonctionnement du dispositif, notamment le diamètre du vide de maille du tamis 13, la contrainte de cisaillement générée, réglable par la fréquence d'oscillation. Ces paramètres seront adaptés aux spécificités de l'application, c'est à dire aux propriétés du matériau pulvérulent, au débit de dosage, et à la qualité du saupoudrage. Suivant que la valeur de la contrainte de cisaillement crée dans le matériau pulvérulent est supérieure ou inférieure à la contrainte de résistance (homothétique à K), le débit sera variable (suivant la valeur de la contrainte) ou nul. La contrainte de cisaillement crée par le mécanisme 11 dépend de l'accélération du mouvement, de la densité du matériau pulvérulent, et du diamètre de vide de maille du tamis 13. D'après le tableau suivant, la densité intervenant dans la formule de l'indice d'écoulement, le coefficient K et le diamètre maximum des particules du matériau permettent de déterminer la zone de fonctionnement du doseur avec le diamètre de vide de maille du tamis 13 et l'accélération crée par le mécanisme 11: K coefficient de friction Diamètre de vide de Accélération exprimée en interne du matériau maille, exprimé en multiple multiple de la gravité pulvérulent du diamètre maxi des terrestre particules du matériau 10-30 1,1-2,2 1,2-4 3 - 10 1,7 - 2,5 1,5 - 4 1 à 3 2.0- 5.0 2,0 - 6 0,3 - 1 _ 2,0 - 7.0 2,5 - 7 Revendications 1. Dispositif de dosage et de saupoudrage d'une matière pulvérulente contenue dans une trémie (12) de stockage équipée à la sortie d'un tamis (13) à ouverture calibrée, ladite trémie étant reliée à un mécanisme d'entraînement (11) animé d'un mouvement de va-et-vient rectiligne et dissymétrique dont la vitesse de déplacement dans un sens est plus rapide que celle dans le sens opposé, caractérisé en ce que la trémie (12) est entraînée par le mécanisme (11) dans une direction parallèle à la gravité pour induire un effet de cisaillement de la matière pulvérulente dans le tamis (13), que le diamètre de vide de maille du tamis est choisi en fonction du coefficient de friction interne (K) de la matière pulvérulente, et que des moyens de commande coopèrent avec le mécanisme (11) pour régler le débit massique de la matière extraite par variation de la fréquence et/ou de la course d'oscillation. 2. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que les moyens de commande sont asservis à une mesure pondérale issue d'une balance (15) de pesée de la matière extraite. 3. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de niveau (22) pilotant les 25 moyens de commande pour corriger l'effet de gravité dû à la variation de hauteur de la matière contenue dans la trémie (12). 4. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de positionnement auxiliaire 30 (21) pour ajuster la hauteur de travail de la trémie (12) de haut en bas selon une première position basse de dosage, et une deuxième position haute pour la préhension du récipient (16) de réception de la matière extraite. 10 10 5. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif secondaire de cisaillement (17) inséré longitudinalement à jeu dans la trémie (12) pour inhiber le colmatage de la matière pulvérulente. 6. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif secondaire de cisaillement (17) est formé par une paire de lames (18,19) perpendiculaires se croisant au centre. 7. Dispositif de dosage et de saupoudrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un masque (20) est associé au tamis (13) pour constituer un pochoir. 15