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Appareil broyeur et mélangeur, destiné particulièrement à mélanger des liquides à des matières solides.
L'invention a pour objet un appareil pour mélanger des substances liquides, en particulier des liquides oléagineux, avec des matières solides, en particulier des matières pulvéru- lentes, telles que celles utilisées par exemple pour la prépa- ration des couleurs et encres d'imprimerie, c'est-à-dire pour transformer le colorant pulvérulent et l'amener à l'état visqueux nécessaire par'l'addition de liquides oléagineux appropriés. On introduit dans cet appareil le colorant pulvérulent, qui est souvent mélangé à des masses agglutinés, et le liquide approprié de nature oléagineuse., fréquemment aussi de consistance onctueuse et on amène alors le tout par broyage et mélange à l'état vis- queux désiré.
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La préparation de ces mélanges offre la difficulté que la matière colorante qui doit être employée, si elle consiste par exemple en noir de fumée ou en une substance qui possède des propriétés analogues, ne peut être mélangée que très difficile- ment au liquide oléagineux qu'il s'agit d'y ajouter. Si l'on mélange par exemple du noir de fumée à l'huile, ou constate que l'huile n'est absorbée par le noir de fumée ou vice versa que très difficilement; on ne peut obtenir un pareil mélange par simple agitation, car la suspension des particules de noir de fumée dans l'huile ne se fait que dans la zone immédiatement adjacente aux barreaux agitateurs mobiles sans se produire même au bout d'une agitation de longue durée dans le restant de la masse et même si le noir de fumée se trouve dans un état complè- tement désagrégé.
Le mélange de liquides oléagineux avec des matières pulvérulentes s'effectue donc généralement en faisant passer ces matières entre les cylindres d'un moulin à cylindres.
En raison des efforts considérables qui se produisent à la cannelure d'entrée et qui sont en partie provoqués par la grande force de compression, les cylindres doivent être exécutés d'une manière très robuste et être moulé dans des supports extrêmement résistants. De pareilles machines sont par conséquent lourdes et coûteuses et exigent une puissance considérable.
Pour la préparation de couleurs, encres, etc. destinés à être employées à l'état liquide, ou la production de suspen- sions colloïdales, il est également déjà connu d'effectuer un broyage et un mélange en faisant passer la masse à mélanger par des cylindres dentés qui s'engrènent.
Lorsqu'on applique ce principe à des matières solides et liquides, notamment l'huile et le noir de fumée ou d'autres substances présentant des propriétés analogues, on rencontre
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toutefois aussi l'inconvénient que ces cylindres dentés ne sai- sissent que la masse à mélanger qui se trouve dans leur voisinage tandis que les zones situées à une plus grande distance ne sont pas atteintes. D'autre part, il n'est possible d'obtenir de cette manière des suspensions à finesse cololdale que lorsque le pour- centage de liquide est très élevé.
On ne peut obtenir au moyen des dispositifs connus des mélanges de consistance variant de l'état de liquide épais à l'état pâteux, parce que les substances d'après les conventions se trouvent en partie à l'état solide, en partie sous forme oléagineuse et qu'aucune mesure n'a été prise pour incorporer dans l'opération de mélange la phase solide d'une part graduellement et d'autre part intégralement. L'incorporation graduelle des matières solides a urie importance exceptionnelle, car l'incorporation brusque de grandes;,quantités aurait pour effet de surcharger les installations de broyage et de mélange ce qui obligerait à adopter un type de construction lourd et très coûteux de machines.
L'invention évite ces inconvénients par l'emploi de corps mélangeurs rotatifs de type connu s'engrènant l'un l'autre , qui agissent sur la masse à mélanger, désagrégée en petits fragments, en l'entraînant dans les creux des dents, ainsi que par l'emploi de dispositifs qui assurent une incorporation graduelle de la masse à mélanger dans toute la chambre de mélange en faisant passer aussi fréquemment qu'on le désire la masse à mélanger à travers les corps mélangeurs engrenés. En faisant passer la masse à mélanger aussi souvent qu'on le désire par les cylindres dentés on obtient une désagrégation extrême et un mélange préalable in- time, le broyage fin proprement dit s'effectuant après exécution de ce mélange préalable par le passage répété de la masse à travers les cylindres dentés.
Cette mesure permet d'exclure la possibilité
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de restreindre le mélange à certaines zones seulement de la chambre de mélange. De cette manière les deux matières de na- tures différentes en présence se mélangent peu à peu mais intégralement, c'est-à-dire que des matières qui ne peuvent être mélangées que très difficilement lorsqu'on opère le mélange à la main dans des mortiers à pilons peuvent être trans- formées sans dépenses spéciales d'énergie et par les moyens les plus simples en une excellente suspension atteignant un degré de finesse colloïdal.
Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention on peut assurer la circulation de la masse à mélanger en imprimant au moins à l'un des cylindres dentés engrenant l'un dans l'autre, en outre de son mouvement de rota.tion, encore un autre mouvement qui s'effectue par rapport à la paroi de la chambre de mélange de telle façon que ce cylindre balaye périodiquement toute la chambre de mélange de façon à éliminer avec certitude toute formation d'espaces morts dans lesquels le mélange ne se ferait pas.
Si les matières à mélanger se trouvent à l'état liquide ou à l'état solide, l'introduction forcée de l'organe auxiliaire qui doit balayer la totalité de la chambre de mé- lange, c'est-à-dire le cylindre déjà mentionné, qui reçoit en dehors de son mouvement de rotation un mouvement supplémentaire, dans cette masse solide, peut donner lieu à un accroissement dan- gereux de la. force dans le système en mouvement.
Pour éviter cet inconvénient on peut, suivant une autre caractéristique de l'invention exécuter l'accouplement entre les corps mélan- geurs et leur commande d'une part et/ou l'accouplement entre les corps mélangeurs et les organes qui- en outre de leur mouvement de rotation- exécutent encore un mouvement supplémentaire, d'autre part, de manière que l'accouplement se passe par friction, par exemple en intercalant un accouplement à glisse- ment entre ces éléments.
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Les dessins schématiques annexés représentent des exemples d'exécution 4'appareils broyeurs et mélangeurs suivant l'invention.
Les Figs. 1 et 2 montrent, en coupe horizontale et en coupe verticale, un mode d'exécution comportant deux corps broyeurs dentés tournant sur place, qui se trouvent en prise avec un corps broyeur animé en outre d'un mouvement de monte et baisse.
Les Figs. 3 et 4 montrent en coupes semblables, une forme de construction comportant une paire de corps broyeurs dentés qui reçoivent tous deux un mouvement de monte et baisse. Les Figs. 5 et 6 montrent une forme d'exécution comportant un seul corps broyeur en forme de roue dentée à mouvement de monte et baisse à l'intérieur du récipient mélangeur pourvu d'une denture interne, ce corps broyeur exécutant par rapport à la chambre de broyage un mouvement de révolution planétaire, tandis que les Figs. 7 et 8 montrent une anode de construction semblable à celui des Figs. 5 et 6 mais à trois corps broyeurs à mouve- ment planétaire qui n'exécutent pas un mouvement axial.
Suivant qu'on désire pousser davantage le broyage on le mélange, on choisira une forme d'exécution qui comporte les éléments assurant un fin broyage de la phase solide ou un mélange intime des deux phases.
La forme d'exécution suivant les Figs. 1 et 2 comprend deux cylindres dentés, 2, tournant sur place dans une enveloppe 1 et engrenant une roue dentée 3. Cette dernière possède un trou central taraudé et est susceptible de tourner sur une tige file- tée 4; la commande est transmise par un arbre 5 d'une part aux cylindres 2, d'autre part à la tige filetée 4 montée de façon à pouvoir se déplacer quelque peu axialement, dans les deux cas de préférence par l'intermédiaire de roues à friction 6. Si @
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la tige 4' tourne,la roue 3, qui tourne à une autre vitesse angulaire, exécutera par rapport à cette tige un mouvement axial relatif.
En supposant que la roue 3 soit en train d'effec- tuer un mouvement de descente, elle provoquera, après sa rencon- tre avec la surface du fond, du fait qu'elle continue à tourner, un déplacement de la tige 4 de bas en haut, ce qui aura pour effet de faire entrer la roue 6' en prise avec la roue motrice montée sur l'arbre 5. Par suite du renversement du sens de rota- tion de la tige 4 qui a produit ainsi, la roue 3 se déplace de bas en haut jusqu'à ce qu'elle rencontre de nouveau une résis- tance, qui peut aussi se produire par suite d'une agglomération de la masse à mélanger, c'est-à-dire que la roue est animée constatent d'un mouvement de monte et baisse et refoule ainsi la masse qui se trouve au-dessus ou au-dessous à travers les endroits où les cylindres 2 engrènent la roue 3.
On comprendra qu'on peut augmenter encore notablement le nombre des cylindres dentés tournant sur'place 2, dans le cas où la nature des matières à broyer et à mélanger le nécessiterait. En outre, on constatera que la vitesse à laquelle monte le cylindre 3 ne sera pas égale à celle à laquelle il descend; ceci peut être compensé par une exécution approriée de la transmission 6, 6'. Les parois de l'enveloppe 1 épousent intimement les corps tournants 2, 3 pour empêcher la formation d'espaces morts.
Dans la forme d'exécution suivant les Figs. 3 et 4, une paire de cylindres mélangeurs 7 en prise l'un avec l'autre sont montés dans une enveloppe 1 où un dispositif de commande non re- présenté, par exemple des manivelles, leur transmet un mouvement de monte et baisse. Les organes de commande sont de préférence établis de telle manière que les deux cylindres 7 n'arrivent jamais simultanément aux points morts, afin d'éviter la compres- sion de la masse qui n'est pas encore suffisamment mélangée.
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Les cylindres 7 sont'pourvus sur l'une de leurs faces ou sur toutes les deux, d'organes racleurs 8 qui empêchent la formation d'agglomérats sur le fond et le couvercle de la chambre de mélange.
Les Figs. 5 et 6 montrent une forme d'exécution dans la- quelle les cylindres mélangeurs 9 exécutent par rapport à l'en- veloppe 1 un mouvement planétaire. Dans ce but, l'enveloppe est pourvue d'une denture interne qui engrène la denture externe du cylindre 9. L'enveloppe 1 tourne sur place et est actionnée par un pignon 10 et une couronne dentée 11, tapdis qu'un mouvement de monte et baisse-est transmise à l'axe 12 du cylindre. La Fig. 6 est une coupe horizontale à travers l'enveloppe 1 de l'appareil broyeur et mélangeur suivant la Fig. 5.
Dans la forme d'exécution suivant les Figs. 7 et 8, l'en- veloppe 14 présente la forme d'un pot de section transversale cir- culaire. Dans l'axe de l'enveloppe, un cylindre médian 15 à denture oblique est monté dans le couvercle amovible 18' et un mouvement de rotation peut lui être communiqué au moyen d'une manivelle 17. Le cylindre médian 15 engrène trois autres cylindres 16, dont les dimensions sont déterminées avantageusement de manière qu'ils viennent en contact avec la surface interne du récipient 14.Un couvercle 18 qui sert également à supporter les tiges rotatives 19 ferme la chambre interne 20 en l'isolant de l'extérieur.
Le couvercle 18 présente une rainure hélicoïdale 21 dont le pas a un sens tel que lors de la rotation de la mani- velle 17 et de la rotation résultante du couvercle 18, il se produit, une résistance à la sortie de la matière à mélanger. Une sorte de frein à main, constitué par deux mâchoires 24 qu'on peut serrer à l'aide de vis 23, agit sur un prolongement cylindrique 22 du couvercle externe 18'.
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Des ra cloirs 25,dont le but a déjà été exposé, sont disposés en dessous des corps 16 et éventuellement aussi du cylindre 15. Ces racloirs qui peuvent aussi être établis sur la face opposée, raclent la surface plane du fond ou du couvercle de l'enveloppe 14.
Le fonctionnement se fait comme suit:En enlevant le couvercle 18', ce qui a pour effet de retirer aussi le cylindre médian 15 et les cylindres planétaires 16, on peut avoir accès à l'intérieur de l'enveloppe 14. On introduit alors la matière à mélanger et on place ensuite le couvercle, de préférence en faisant tourner la manivelle 17. La rotation de la manivelle a pour effet, au début, tant que le couvercle 18 reste 1;mobile, de faire tourner le cylindre 16 sur place. Mais il se peut que cette rotation sur place donne lieu à de grandes résistances résultant par exemple de l'agglomération des éléments constitutifs pulvérulents.
Dans ce cas, il ne se produira pas de mouvement re- latif entre le cylindre 15 d'une part et les cylindres planétai- res 16 d'autre part et l'ensemble constitué par les organes 15, 16 et 18 tournera d'un seul bloc à l'intérieur du récipient !4.
Le frein constitué par les bandes 24 et les vis 23 s'oppose à ce mouvement circulaire; la grandeur du moment de freinage est dé- terminé par le serrage des vis 23 et par le coefficient de frotte- ment entre les rubans 24 et une fourrure intermédiaire 26. Ce dispositif élimine tout danger d'exposer les dents des corps mé- langeurs à des efforts excessifs. En faisant tourner la manivelle en sens inverse on peut déceler le corps qui provoquait le calage et qui peut aussi être un corps étranger; et on peut soit l'en- lever soit réduire ses dimensions par un mouvement de rotation répète dans les deux sens.
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Toutefois une raison'plus ;,importante de ce mouvement planétaire des corps mélangeurs est celle exposée ci-dessous.
La difficulté.de mélanger des matières pulvérulentes à des véhicules ayant une consistance variant de l'état visqueux à l'état pâteux.provient aussi du fait qu'un dispositif mélangeur ,qui tourne sur place dans un récipient ne peut pas saisir la totalité du contenu de ce dernier. S'il n'y a pas de dispositifs spéciaux pour provoquer une circulation de la masse à mélanger, il se forme au voisinage du corps mélangeur une zone limite au-delà de laquelle la rotation du corps mélangeur n'a plus d'effet.
Si le constituant liquide est prépondérant, la résistance qui s'oppose à une rotation du cylindre 16 est faible, c'est- à-dire que ce cylindre tournera sur place et le mélange s'effec- tuera graduellement. L'autre cas extrême se présente lorsque l'élément de base employé a une consistance onctueuse; dans ce cas l'inertie de freinage qui dépend du frein 23, 24, est sur- montée et les cylindres 16 exécutent un simple mouvement de révolu- tion, sans rotation autour de leurs axes propres. Au cours de ce mouvement, la totalité de l'espace interne du récipient est atteinte peu,à peu, c'est-à-dire que la zone limite mention- née ci-dessus ne peut pas se former.
Entre ces deux cas extrêmes se placent les cas intermédiaires plus importants en pratique, où les cylindres 16 tournent non seulement sur leurs axes mais aussi autour de la roue centrale 15- en parcourant également la totalité de la chambre interne. L'amplitude de la rotation propre des cylindres 16 est déterminée par la grandeur de l'action de freinage et il est recommandable d'équiper le frein de manière à obtenir un moment de freinage réglable. L'inclinaison des den- tures provoque une circulation de la masse à mélanger dans un sens déterminé sans qu'il soit nécessaire de prévoir des surfaces
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de guidage ou autres dispositifs semblables, et le mélange proprement dit se fait par le contact-toujours linéaire avec les surfaces cylindriques sans rencontrer une grande résistance.
Le sens du pas de la denture hélicoïdale est de préférence choisi de telle façon que lorsqu'on fait tourner la manivelle dans le sens normale le refoulement de la masse à mélanger se fait vers le bas pour s'opposer à sa sortie du récipient. Les racloirs 25 empêchent qu'une couche solide se dépose entre les faces avant des cylindres et le fond du ré- cipient et apportent une contribution assez sensible à l'amé- lioration du mélange.
Les exemples d'exécution décrits., qui laissent encore le champ libre à de nombreuses combinaisons et variantes de l'invention, montrent que dans tous les cas il s'agit d'attein- dre toute la chambre graduellement et intégralement. Bien qu'il soit avantageux de construire au moins l'un des corps mélan- geurs, de telle manière qu'en dehors de son mouvement de rota- tion il exécute encore un mouvement axial supplémentaire (Figs.
1, 3, 5) ou un mouvement planétaire supplémentaire (Figs. 5, 7), il n'est toutefois pas indispensable d'employer un corps mé- langeur pour produire ce mouvement supplémentaire, car le même objet peut être obtenu par un autre corps mobile. Ainsi, dans le mode d'exécution suivant la Fig. 1, on pourrait établir le cylindre 3 de façon qu'il ne soit pa.s susceptible d'un mouve- nient axial et disposer au-dessus de lui une paroi mélangeuse à mouvement de monte et baisse mais sans mouvement de rotation.
On augmente encore l'effet utile en augmentant sensible- ment le creux entre les dents des corps mélangeurs en prise par rapport à l'épaisseur des dents, par exemple en supprimant dans une denture normale une dent sur déux.
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Par suite de la grande largeur de 1-'espacement des dents ainsi obtenus, même de grosses mottes de la matière solide à mélanger peuvent être saisies et entraînées entre les cy- lindres pour y être broyées. De cette manière on parvient à assurer une réduction suivie de broyage d'agglomérats très compacts.
REVENDICATIONS
1.- Appareil broyeur et mélangeur, en particulier pour mélanger des substances liquides, de préférence oléagineuses, avec des matières solides de préférence pulvérulentes, carac- térisé en ce qu'il comporte des corps ou organes mélangeurs de type connu en soi, s'engrenant à la façon de roues dentées, qui agissent sur la masse à mélanger, désagrégée en petits fragments, en l'entraînant entre les dents, ainsi que par des dispositifs qui permettent de saisir peu à peu la masse à mélanger dans la totalité de la chambre de mélange de telle sorte qu'on peut forcer la masse à passer autant de fois qu'on le désire entre les corps mélangeurs qui s'engrènent.