Brevet FR2955042A1 — publié le 20110715

Broyeur centrifuge du type planétaire La présente invention concerne un broyeur centrifuge du type planétaire pour le broyage d'échantillons, en particulier biologiques, 5 végétaux ou minéraux, conditionnés en tubes ou conteneurs. L'opération de broyage permet d'augmenter la surface externe de l'échantillon et, ainsi, d'améliorer sa réactivité lors des différentes analyses ou traitements ultérieurs. Un broyeur du type planétaire comporte un support en général 10 horizontal ou vertical, des moyens d'entraînement en rotation du support autour d'un axe vertical ou horizontal primaire, des conteneurs montés à rotation sur le support autour d'axes secondaires parallèles à l'axe primaire et écartés de celui-ci, et des moyens de liaison des conteneurs au support afin que la rotation du support autour de l'axe primaire entraîne la rotation 15 des conteneurs autour des axes secondaires. Un échantillon et des billes de broyage en un matériau plus dur que l'échantillon sont placés dans chaque conteneur. Lors du démarrage du broyeur planétaire, la rotation de chaque conteneur provoque le broyage de l'échantillon par friction des billes, qui se 20 déplacent le long de la paroi interne du conteneur. Lorsque les vitesses de rotation des conteneurs et du support augmentent, les billes de broyage s'écartent de la paroi interne de chaque conteneur et le traversent en écrasant l'échantillon contre la paroi opposée. Les broyeûrs connus sont conçus pour permettre de broyer, à 25 cadence soutenue, d'importantes quantités d'échantillons. Ces broyeurs ne sont toutefois. pas adaptés au broyage de très faibles quantités d'échantillons et ne sont pas rentables pour des entités de petite taille ayant de faibles besoins de broyage. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 30 efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un broyeur centrifuge, comprenant un support, des moyens d'entraînement en rotation du support autour d'un axe primaire perpendiculaire au support, un conteneur monté à rotation sur le support autour d'un axe secondaire parallèle à l'axe primaire et écarté de celui-ci, et des moyens d'entraînement en rotation du conteneur par le support, caractérisé en ce que le conteneur comprend un logement de réception d'au moins un tube fermé contenant un échantillon et des billes de broyage, le tube étant parallèle au support dans le logement du conteneur , le support portant également un contrepoids diamétralement opposé au conteneur par rapport à l'axe primaire, de telle sorte que le centre de gravité et le centre d'inertie du broyeur soient situés sur l'axe primaire. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le broyeur ne comporte qu'un seul conteneur, destiné à recevoir un unique tube à échantillon, de faible volume, qui est de préférence centré sur l'axe secondaire. Une faible quantité d'échantillon est enfermée de façon étanche dans le tube, qui est ensuite simplement disposé dans le logement du conteneur. Le contrepoids permet d'éviter l'effet de balourd lors du fonctionnement du broyeur. En outre, l'invention permet de réduire les pertes d'échantillon. En effet, la surface du tube étant réduite, la quantité d'échantillon restant sur la paroi interne du tube est faible. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le tube a un 25 volume inférieur à 10 mL, par exemple compris entre 2 et 7 mL, mais qui peut en variante être supérieur à 10mL. Avantageusement, le conteneur comprend un logement central destiné à recevoir un tube d'un volume VI et au moins deux logements additionnels, symétriques par rapport à l'axe secondaire ou superposés, 30 destinés à recevoir chacun un tube d'un volume V2 correspondant à une fraction de VI. Le conteneur est ainsi adapté à deux types de tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux logements additionnels sont perpendiculaires au logement central. De façon préférée, le support est monté sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique porté par un châssis rigide monté dans un boîtier fixe par des moyens de suspension élastique à amortissement des vibrations. Les moyens d'entraînement du conteneur par le support sont du type à pignons ou à courroie, par exemple. Selon une autre caractéristique de l'invention, la vitesse de rotation du conteneur autour de l'axe secondaire est une fraction, par exemple égale à 50 %, de la vitesse de rotation du support autour de l'axe primaire et est comprise entre 500 et 3000 t/min. Les accélérations centrifuges peuvent atteindre des valeurs proches de 8000 m/s' selon la géométrie du support et sa vitesse de rotation. Dans une variante de réalisation de l'invention, le contrepoids est formé par un autre conteneur, identique au premier conteneur. Dans une autre variante, le support porte plusieurs conteneurs répartis autour de l'axe primaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un broyeur selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en perspective du broyeur de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent un broyeur planétaire centrifuge 1 selon l'invention comprenant un châssis comportant une platine circulaire 2 sous laquelle est fixé un moteur électrique 3 et qui est suspendue à un boîtier extérieur 3a par l'intermédiaire de moyens de suspension élastiques à amortissement des vibrations 3b. L'arbre de sortie 4 du moteur 3 est vertical et traverse un trou central de la platine 2. L'arbre 4 est prolongé par un manchon 5. Les références aux orientations horizontales et verticales sont données à titre d'exemple dans la description qui suit. Ces orientations pourraient être différentes sans modifier le fonctionnement de l'invention. En particulier, on pourrait incliner l'arbre 4 à 45° sur l'horizontale. Le trou central est prolongé vers le haut par une collerette cylindrique taraudée 6. Le châssis comporte en outre une douille 7 coaxiale au moteur, présentant une extrémité inférieure filetée et vissée dans le taraudage de la collerette 6, ainsi qu'une extrémité supérieure élargie 8, formant un épaulement. Une couronne dentée 9 est montée autour de la douille 7, au-dessus de la collerette 6. En outre, un roulement 10 est monté entre le manchon 5 et la paroi interne de l'extrémité supérieure 8 de la douille 7. L'extrémité inférieure de la bague interne du roulement 10 est en appui axial contre un circlips 11 monté sur le manchon 5 et l'extrémité inférieure de la bague externe du roulement est en appui axial contre l'épaulement de l'extrémité élargie 8 de la douille 7. L'extrémité supérieure de la bague interne du roulement 10 est contrainte par une rondelle élastique 12, de type rondelle Belleville, et l'extrémité supérieure de la bague interne est retenue axialement par un circlips 13 ménagé dans une gorge de la douille 7. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité supérieure du manchon 5 comporte un trou central taraudé 14, ladite extrémité présentant en outre une forme tronconique 15 destiné à faciliter le centrage. Le broyeur comporte en outre un support horizontal 16 en forme de disque, fixé sur le manchon 5. Plus particulièrement, la zone centrale 17 de la paroi inférieure du support 16 comporte un logement tronconique dont la surface vient se centrer en appui sur l'extrémité supérieure tronconique 15 du manchon 5. Le support 16 et le manchon 5 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une vis 18 vissée dans le trou taraudé 14 du manchon 5. La rondelle élastique 12 est contrainte par le support 16, celle-ci étant en appui contre la zone centrale 17 de la paroi inférieure du support 16. Le support 16 comporte en outre deux trous diamétralement 10 opposés, respectivement référencés 19 et 20. Le broyeur comporte de plus un conteneur 21 comprenant une partie supérieure cylindrique 22, présentant un logement central 23 de forme allongée, destiné à recevoir un tube 25 d'un volume VI, et deux ou plusieurs logements latéraux ou superposés 24 de forme allongée et 15 s'étendant horizontalement et perpendiculairement au logement central 23. Les deux logements latéraux 24 sont symétriques par rapport à l'axe du conteneur et sont destinés à recevoir chacun un tube 26 d'un volume V2 correspondant à une fraction de VI. Les volumes des tubes 25, 26 sont typiquement inférieurs à 10 mL, 20 VI étant préférentiellement de l'ordre de 7 mL et V2 de l'ordre de 2,5 mL. La partie cylindrique 22 est prolongée vers le bas par un arbre 27 vertical, écarté du manchon 5 et traversant le trou 19 du support 16. Le conteneur 21 est ainsi librement en rotation dans le trou 19, un roulement 28 étant monté autour de l'arbre 27. La bague interne du roulement 28 est 25 maintenue axialement par un épaulement ménagé dans l'arbre 27 et par une entretoise tubulaire 29 montée autour de l'arbre 27. La bague externe du roulement 28 est maintenue axialement par un épaulement ménagé dans le trou 19 du support 16 et par une rondelle 30. Une roue dentée 31 est fixée sur l'arbre 27. Plus particulièrement, 30 la roue dentée 31 est serrée axialement entre l'entretoise 29 et une rondelle 32 contrainte par un écrou 33 et un contre-écrou 34 vissés sur l'extrémité filetée 35 de l'arbre 27. La roue dentée 31 engrène avec la couronne dentée 9 de sorte que, lorsque le moteur 3 entraîne en rotation le support 16 par l'intermédiaire du manchon 5, le conteneur 21 décrit un mouvement planétaire autour du manchon 5. De cette manière, l'arbre 4 et le manchon 5 définissent un axe primaire A et l'arbre 27 définit un axe secondaire B, tournant autour de l'axe A. La roue dentée 31 comporte deux fois plus de dents que la couronne dentée 9, de sorte que la vitesse de rotation du conteneur 21 autour de l'axe secondaire B est deux fois plus faible que celle du support 16 autour de l'axe A. A titre d'exemple, la vitesse de rotation du support 16 est comprise entre 500 et 3000 t/min. La vitesse de rotation peut varier en fonction des 15 applications. Un contrepoids 36 est en outre fixé dans le trou 20 du support 16. Plus particulièrement, le contrepoids 36 comporte une partie supérieure 37 de forme cylindrique, prolongée vers le bas par une queue cylindrique 38 traversant le trou 20, et un fond 39 de forme cylindrique, présentant un 20 évidement dans lequel est insérée la queue cylindrique 38. Les deux parties 37, 39 enserrent le support 16 et sont fixées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une vis 40. Le contrepoids 36 est ainsi diamétralement opposé au conteneur 21 par rapport à l'axe primaire A, de telle sorte que le centre de gravité et le 25 centre d'inertie du broyeur soient situés sur l'axe primaire A. Pour l'utilisation du broyeur 1, le ou les tubes 25, 26 sont remplis d'un ou plusieurs échantillons et de billes de broyage en un matériau plus dur que l'échantillon correspondant et sont fermés de façon étanche. Les échantillons sont par exemple biologiques, minéraux ou 30 végétaux, et les billes peuvent être en acier, en verre ou en céramique. Le diamètre des billes peut varier de quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres, en fonction du volume des tubes et du résultat recherché. Les tubes 25, 26 sont ensuite placés et fixés dans le conteneur 21, et le moteur électrique 3 est alimenté électriquement. Le conteneur 21 est alors entraîné en rotation autour de l'axe secondaire B et autour de l'axe primaire A, de manière à décrire un mouvement planétaire, comme indiqué précédemment. Les billes accélérées sous l'effet de la force centrifuge provoquent le broyage de l'échantillon par friction des billes les unes contre les autres et contre les parois internes des tubes (broyage de type mortier). Lorsque les vitesses de rotation du conteneur 21 et du support 16 sont suffisantes, les billes de broyage s'écartent de la paroi interne du conteneur et le traversent en écrasant l'échantillon contre la paroi opposée (broyage par impact). Les billes peuvent avoir des masses différentes, de manière à ce que les forces centrifuges exercées sur les billes soient différentes, afin de provoquer un effet de cisaillement des échantillons. Dans une variante de réalisation non représentée, l'axe des tubes n'est pas parallèle au plan de la platine circulaire 2 mais peut former un angle faible avec celui-ci, cet angle étant par exemple de 20° environ. Dans une autre variante de réalisation, le conteneur est entraîné par le moteur électrique, par l'intermédiaire d'une courroie ou d'une chaîne. En outre, le support peut comporter plusieurs conteneurs. Par exemple, le contrepoids peut être formé par un autre conteneur, identique au premier conteneur décrit plus haut. Le broyeur peut aussi comprendre plusieurs conteneurs qui sont répartis autour de l'axe primaire de façon à ce que le centre de gravité et le centre d'inertie soient toujours sur l'axe primaire A. De façon générale, le broyeur selon l'invention a l'avantage d'être simple, économique, performant et particulièrement bien adapté aux besoins des entités, telles que des laboratoires ou des établissements médicaux de petite taille, qui ont de très faibles quantités d'échantillons à broyer chaque jour. REVENDICATIONS1. Broyeur centrifuge (1), comprenant un support (16), des moyens d'entraînement en rotation (3) du support (16) autour d'un axe primaire (A) perpendiculaire au support, un conteneur (21) monté à rotation sur le support (16) autour d'un axe secondaire (B) parallèle à l'axe primaire (A) et écarté de celui-ci, et des moyens d'entraînement en rotation (9, 31) du conteneur (21) par le support (16), caractérisé en ce que le conteneur (21) comprend un logement de réception (23, 24) d'au moins un tube fermé (25, 26) contenant un échantillon et des billes de broyage, le tube (25, 26) étant parallèle au support dans le logement (23, 24) du conteneur (21), le support (16) portant également un contrepoids (37) diamétralement opposé au conteneur (21) par rapport à l'axe primaire (A), de telle sorte que le centre de gravité et le centre d'inertie du broyeur (1) soient situés sur l'axe primaire (A). 2. Broyeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (25, 26) a un volume inférieur à 10 mL, par exemple compris entre 2 et 7 mL. 3. Broyeur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conteneur (21) comprend un logement central (23) destiné à recevoir un tube (25) d'un volume VI et au moins deux logements additionnels (24), symétriques par rapport à l'axe secondaire (B) ou superposés, destinés à recevoir chacun un tube (24) d'un volume V2 correspondant à une fraction de VI. 4. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux logements additionnels (24) sont perpendiculaires au logement central (23). 5. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support (16) est monté sur l'arbre de sortie (4) d'un moteur électrique (3) disposé sous le support (16) et porté par un châssis rigide (2)monté dans un boîtier fixe par des moyens de suspension élastique à amortissement des vibrations. 6. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement du conteneur par le support sont du type à pignons (9, 31) ou à courroie. 7. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du conteneur (21) autour de l'axe secondaire (B) est une fraction, par exemple égale à 50 %, de la vitesse de rotation du support (16) autour de l'axe primaire (A) et est comprise entre 500 et 3000 t/min. 8. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le support est un disque circulaire (16). 9. Broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le contrepoids est formé par un autre conteneur, identique au premier conteneur (21). 10. Broyeur (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le support (16) porte plusieurs conteneurs (21) répartis autour de l'axe primaire (A).20