EP2167259A1 - Dispositif de remplissage pour au moins deux materiaux granulaires et procede de remplissage mettant en oeuvre un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de remplissage pour au moins deux materiaux granulaires et procede de remplissage mettant en oeuvre un tel dispositif

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EP2167259A1
EP2167259A1 EP08759833A EP08759833A EP2167259A1 EP 2167259 A1 EP2167259 A1 EP 2167259A1 EP 08759833 A EP08759833 A EP 08759833A EP 08759833 A EP08759833 A EP 08759833A EP 2167259 A1 EP2167259 A1 EP 2167259A1
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EP
European Patent Office
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filling
hoppers
distributor
filling device
hopper
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EP08759833A
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Pascal Revirand
Luc Federzoni
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/004—Filling molds with powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B13/00—Feeding the unshaped material to moulds or apparatus for producing shaped articles; Discharging shaped articles from such moulds or apparatus
    • B28B13/02—Feeding the unshaped material to moulds or apparatus for producing shaped articles
    • B28B13/0215—Feeding the moulding material in measured quantities from a container or silo
    • B28B13/022—Feeding several successive layers, optionally of different materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B13/00—Feeding the unshaped material to moulds or apparatus for producing shaped articles; Discharging shaped articles from such moulds or apparatus
    • B28B13/02—Feeding the unshaped material to moulds or apparatus for producing shaped articles
    • B28B13/028—Deflecting the flow of the unshaped material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/30—Feeding material to presses
    • B30B15/302—Feeding material in particulate or plastic state to moulding presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/30—Feeding material to presses
    • B30B15/302—Feeding material in particulate or plastic state to moulding presses
    • B30B15/304—Feeding material in particulate or plastic state to moulding presses by using feed frames or shoes with relative movement with regard to the mould or moulds
    • B30B15/306—Feeding material in particulate or plastic state to moulding presses by using feed frames or shoes with relative movement with regard to the mould or moulds for multi-layer articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B1/00—Packaging fluent solid material, e.g. powders, granular or loose fibrous material, loose masses of small articles, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B1/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B65B1/10—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by rotary feeders
    • B65B1/14—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by rotary feeders of centrifugal type

Definitions

  • the present invention relates mainly to a device for filling a container with at least two materials in granular form, and to a filling method implementing such a device.
  • the filling of containers for example pressing dies, with granular materials is usually done by a pipe of circular section connected by an upper end to a reservoir of granular material.
  • the granular type materials may have poor flowability because of their particle size, their intrinsic roughness and / or their density. This type of filling is then not satisfactory to ensure a uniform filling of the mold, especially in the case of molds with complex geometry.
  • the document FR 2 882 029 describes a filling device with a granular material allowing the filling of a matrix of complex shape.
  • This device comprises a rotating body having a central passageway surrounded by a deflector, depending on the speed of rotation of the body, it is possible to control the amount of granular material deflected outwardly of the body or through the passage, thereby improving the homogeneity of filling of a matrix, even of complex shape with a relatively simple device.
  • This device gives complete satisfaction, however it does not allow to perform a simultaneous filling with two granular materials without mixing the two materials.
  • a filling device comprising a hopper for the separate supply of several granular materials and a rotary body provided with a central channel for the passage of a first type of material and deflector means surrounding the channel central to deflect a second type of material, filling with both types of material performing without mixing them.
  • the device comprises means for feeding at least two types of materials separately to the right of distinct locations of a distribution means, the distribution means managing the filling without mixing the materials.
  • the present invention also makes it possible to manage the flow rates of the various components.
  • the device according to the present invention allows a good repeatability of the filling.
  • the present invention therefore mainly relates to a filling device for filling with at least two granular materials simultaneously without mixing, comprising a set of hoppers and a distributor disposed downstream of the set of hoppers in a flow direction, the set of hoppers comprising at least two hoppers, an inner hopper for feeding a first type of material and an outer hopper for feeding a second type of material, the dispenser comprising a central passage arranged in line with the internal hopper and deflection means of the second type of material to the outside of the distributor arranged to the right of the outer hopper, said deflection means bordering on the less partially the central passage, the dispenser being rotatable about a longitudinal axis, the direction of which is the mean direction of flow.
  • the adjectives "inside” and “outside” describe the position of the hoppers relative to one another and do not limit the invention to a geometric position of the hoppers with respect to the geometric shape of the device according to the invention.
  • the deflection means may be in the form of a crown whose concave toric surface of reflection is a crown shape whose reflection surface has a V-shaped cross section.
  • the distributor may comprise a central shaft of longitudinal axis connected to a wall of the central passage by blades, allowing easy connection to drive means.
  • the blades are advantageously contained in planes inclined with respect to the X axis, which improves the distribution of particles of granular materials.
  • the dispenser may comprise a central axis whose upper surface opposite the inner hopper forms a deflection surface for the first type of material, this deflection surface has for example a V-shaped or U-shaped profile.
  • the hopper assembly may include a central channel forming the inner hopper and a peripheral channel forming the outer hopper.
  • the outer channel is for example continuous to form a secession of adjacent channels.
  • the present invention also relates to a method of filling a container by means of a filling device according to the present invention, comprising the steps: a) introduction of the dispenser into an upper zone of the container, b) rotation of the distributor around the longitudinal axis, c) feeding the distributor with both types of material through the set of hoppers.
  • the method may advantageously comprise the step of adjusting the speed of rotation of the dispenser and or sections of passage of one or both hoppers during filling.
  • the rotational speed is advantageously fixed at a value allowing an identical flow rate for the two types of material.
  • FIGS. 2A and 2B are perspective views of two exemplary embodiments of a filling device according to the present invention
  • FIGS. 3A and 3B are diagrammatic sectional views of the device of FIG. 2B during filling
  • FIG. 4 is a graphical representation of the evolution of the flow rate as a function of the speed of rotation of the filling device according to the invention for each of the materials;
  • FIG. 5 is a graphical representation of an example of an evolution of the speed of rotation of the dispenser according to the invention over time to obtain the filling of FIG. 3B;
  • FIG. 7 is a graphical representation of the evolution of the flow rate in the two materials as a function of the speed of rotation of the dispenser according to the invention.
  • Granular-type materials are understood in the present description as any material formed of a set of distinct elements of uniform or variable sizes, for example between a few nanometers and several centimeters. Powdered materials are of course covered by this expression.
  • the device comprises a set of feed hoppers 6 for bringing several types of granular materials, two in the example shown, at a dispensing means 8 of these materials without mixing them.
  • Each of the hoppers may be formed of separate compartments containing different materials for the purpose of mixing them at the time of filling.
  • the set of hoppers comprises a first hopper 10 formed by a central channel 10 for feeding a first type of material A, and a second hopper formed by a peripheral channel 12 bordering the central channel 10 for feeding into a second type of material B.
  • the peripheral channel 12 has for example an annular shape or is formed by a succession of channels distributed circumferentially.
  • the first type of granular material A is shown schematically by gray beads; and the second type of granular material B is represented by white balls.
  • the central channel 10 and the peripheral channel 12 have a conical shape of common axis, forming a funnel. House could provide that they have a cylindrical shape, or that one of them only has a conical shape and the other is a cylindrical shape.
  • the dispensing means 8 is disposed below the feed hopper 6, which is adapted to be rotated about a longitudinal axis X.
  • the axis X has a direction which is the mean direction of flow .
  • Average flow direction means the general direction of the particles of the materials, which extends from the set of hoppers 6 to the bottom of the container, which is in the example shown the vertical direction.
  • the dispensing means comprises a central passage 14 in line with a lower end 10.1 of the central channel 10 of the hopper 6 for guiding the first type of material A towards a central zone A3 of the die 2.
  • the dispensing means also comprises deflection means 16 surrounding the central passage 14.
  • the means 16 are intended to deflect the granular material particles B outwardly away from the axis X.
  • the deflection means 16 are distributed uniformly around the central passage 14 and surround continuously the central passage 14, which allows a homogeneous filling in a zone B3 of the outer container of the die 2, surrounding the central zone A3.
  • the deflection means 16 are at the right of a lower end 12.1 of the peripheral channel 12 of the second type of material B.
  • the axis of rotation of the distribution means 8 and that of the central passage 14 are combined, but one could predict that they are separate.
  • the central passage 14 has been shown as a cone of conicity pointing downwards, but a cylindrical shape may be suitable. The shape is chosen to control the trajectory that one wants to impose on the powder.
  • the distributor 8 is put in place in the die 2 at its upper part, the set of hoppers situated above, the ends 10.1 of the central channel 10 and 12.1 of the peripheral channel 12 of the hopper at the right the central passage 14 and the deflection means 16.
  • the central channel 10 and the peripheral channel 12 are filled with materials A and B respectively.
  • the distributor is rotated about the axis X and the materials A and B flow towards the distributor 8.
  • the rotation is symbolized by the arrow 15.
  • the material A flows in the central passage 14 and the particles of the material B are deflected radially outwardly away from the axis X.
  • part of these particles strikes the inner wall of the die 2 and is deflected a second time, the other portion falls directly into the bottom of the die 2.
  • the dispenser is disposed near the bottom of the die 2 at the beginning of the filling and rises along the X axis during filling.
  • the dispenser is disposed near the bottom of the die 2 at the beginning of the filling and rises along the X axis during filling.
  • the central zone A3 of the matrix comprises only material A and the peripheral zone B3 comprises only material B.
  • the distributor comprises a central shaft 18 of X axis rigidly connected to the wall 22 of the central passage 14 by connection means 20.
  • the shaft 18 is engaged with a rotational drive means (not shown) for rotating the distributor.
  • connection means 20 are in the form of planar blades contained in a plane containing the X axis, there are four, but one could also provide arms.
  • the blades are inclined relative to the axis X so as to improve the flow of the granular material A.
  • the deflection means 16 are, in this example formed by a concave ring crown 17, the bottom being, seen in cross section, delimited by an arc of a circle.
  • the ring is delimited by a radially inner circular border 26 and a radially outer circular border 28.
  • the radially inner edge 26 is disposed vertically below the radially outer edge 28. But this is in no way limiting, the two edges could be of the same height, or the radially inner edge 26 could be arranged vertically above the radially outer edge 28
  • the second embodiment of the dispenser shown in FIG. 2B differs from the device of FIG. 2A in that the deflection means 16 are formed by a ring 17 'having a V-shaped cross section.
  • the ring is delimited by a radially inner circular edge 26 'and a radially outer circular edge 28'.
  • the radially inner edge 26 ' is disposed vertically below the radially outer edge 28'.
  • V-shaped and U-shaped cross-sections offer different flow rates as a function of the rotation speed VD v and D 11 , as shown in FIG. 4, which makes it possible to adapt the speed.
  • the quality of the fills obtained depends on the management of granular material flow rates A and B.
  • the flows of material A and material B can be controlled independently.
  • the flow rates will be constant throughout the filling phase. Fills are not scalable over time, and are therefore constant over height. We could also consider hoppers section variable passage.
  • the invention makes it possible to regulate the flow rate of material B, independently of the flow rate of material A.
  • the speed V is in rev / min and the flow D is in g / s, the material A is stainless steel and the material B is iron powder.
  • the line A2 represents the evolution of the flow rate of material A as a function of the speed, which appears to be independent of the speed, in fact the speed of the distributor has no influence on the flow of the material A in the central passage. 14.
  • the variation of the flow rate of the material B as a function of the speed of rotation of the distributor is of the polynomial type.
  • the speed of rotation to be used will be the point of intersection between the two curves A2 and B2, ie a speed V E the order of 480 rpm.
  • FIG. 5 shows the evolution of the speed of the dispenser to obtain the distribution of FIG. 3B. It can be seen that the speed is increased during a first phase I until reaching the larger diameter zone, then the speed is reduced until the end of the filling during a second phase II. Since the two phases are of equal duration and the extreme speeds are the same, a symmetrical shape is obtained with respect to a horizontal plane P.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of the present invention, in which the distributor comprises a central shaft 18 delimiting with the wall an annular channel for the powder A, this central shaft 18 has on its upper end on the the hopper 10 has a deflection surface 32 for the material A.
  • This surface may have a U-shaped or V-shaped profile, ie it may be in the form of a round-bottomed or conically bottomed bowl.
  • This deflection surface makes it possible to improve the distribution of material A, as shown schematically in FIG. 6. Furthermore, this variant has the advantage of allowing to keep the bunkers 10, 12 full, outside the filling operations.
  • the restarting of the filling device is therefore faster, moreover there is more or very little material lost since it is no longer necessary to empty the hoppers.
  • the filling device according to the present invention has been described for two materials A and B, but a filling device for the simultaneous and distinct filling of more than two materials is not outside the scope of the present invention. Indeed, one could provide three or more concentric hoppers, and a distributor provided with a central channel, a peripheral channel and deflection means surrounding the peripheral channel and each disposed to the right of a corresponding hopper.
  • the device may, for example have a diameter of 15 mm and a height of 10 mm, and the grains of the powder used may have a diameter of 150 microns. This device allows a filling of a few grams to several kilograms, the object will then have a volume of between 1 mm 3 and 1 dm 3 .
  • the filling device (hopper and distributor) rotates about an axis parallel to the X axis and distinct and / or moves parallel to it in order to achieve even more complex distributions.
  • the device according to the present invention is very simple embodiment, in particular the dispenser can for example be made in one piece, for example plastic, metal, it can be manufactured by sintering, laser, machining or molding.
  • the motor can be offset from the axis or located on the axis, it can for example be carried by the axis of the distributor in the case where it has one. In the opposite case, it is also possible to associate a drive system linked to the distributor, for example of the belt, jaw or pawn type.

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Description

DISPOSITIF DE REMPLISSAGE POUR AU MOINS DEUX MATERIAUX
GRANULAIRES ET PROCEDE DE REMPLISSAGE
METTANT EN ŒUVRE UN TEL DISPOSITIF
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte principalement à un dispositif de remplissage d'un récipient avec au moins deux matériaux sous forme granulaire, et à un procédé de remplissage mettant en œuvre un tel dispositif.
Le remplissage de récipients, par exemple des matrices de pressage, par des matériaux granulaires s'effectue de manière habituelle par un tuyau de section circulaire raccordé par une extrémité supérieure à un réservoir de matériau granulaire. Or, les matériaux de type granulaire peuvent présenter une mauvaise coulabilité du fait de leur granulométrie, de leur rugosité intrinsèque et/ou de leur densité. Ce type de remplissage n'est alors pas satisfaisant pour assurer un remplissage uniforme du moule, d'autant plus dans le cas de moules à géométrie complexe.
Il a été proposé d'améliorer la coulabilité des matériaux par fluidisation de ceux-ci, par exemple au moyen d'un flux d'air. Cependant les moyens à mettre en œuvre sont complexes.
Le document FR 2 882 029 décrit un dispositif de remplissage avec un matériau granulaire permettant le remplissage d'une matrice de forme complexe. Ce dispositif comporte un corps rotatif comportant un passage central entouré d'un déflecteur, en fonction de la vitesse de rotation du corps, il est possible de contrôler la quantité de matériau granulaire déviée vers l'extérieur du corps ou empruntant le passage, ce qui permet d'améliorer l'homogénéité de remplissage d'une matrice, même de forme complexe avec un dispositif relativement simple. Ce dispositif donne entière satisfaction, cependant il ne permet pas d'effectuer un remplissage simultané avec deux matériaux granulaires sans mélanger les deux matériaux .
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de remplissage et un procédé de remplissage permettant un remplissage avec au moins deux matériaux granulaires non mélangés, le récipient rempli comportant des zones formées par chacun des matériaux uniquement.
C'est également un but de la présente invention d'offrir un dispositif de remplissage permettant un remplissage uniforme de tout type de récipient, même de forme complexe.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
Les buts précédemment énoncés sont atteints par un dispositif de remplissage comportant une trémie permettant l'alimentation séparée en plusieurs matériaux granulaires et un corps rotatif muni d'un canal central pour le passage d'un premier type de matériau et des moyens déflecteurs entourant le canal central pour dévier un deuxième type de matériau, le remplissage avec les deux types de matériau s' effectuant sans les mélanger. Ainsi il est possible de réaliser, par exemple dans le cas de fabrication de pièces par la technologie de compression en matrices, des pièces comportant des zones en matériaux distincts, par un remplissage simultané de différents composants sans les mélanger.
En d'autres termes, le dispositif comporte des moyens d' amenée d' au moins deux types de matériaux séparément au droit d'emplacements distincts d'un moyen de répartition, ce moyen de répartition gérant le remplissage sans mélanger les matériaux.
La présente invention permet également de gérer les débits des différents composants.
Par ailleurs, le dispositif selon la présente invention permet une bonne répétabilité du remplissage .
La présente invention a alors principalement pour objet un dispositif de remplissage permettant le remplissage avec au moins deux matériaux granulaires simultanément sans les mélanger, comportant un ensemble de trémies et un distributeur disposé en aval de l'ensemble de trémies dans un sens d'écoulement, l'ensemble de trémies comportant au moins deux trémies, une trémie intérieure pour l'alimentation en un premier type de matériau et une trémie extérieure pour l'alimentation en un deuxième type de matériau, le distributeur comportant un passage central disposé au droit de la trémie intérieure et des moyens de déflexion du deuxième type de matériau vers l'extérieur du distributeur disposés au droit de la trémie extérieure, lesdits moyens de déflexion bordant au moins partiellement le passage central, le distributeur étant apte à tourner autour d'un axe longitudinal, dont la direction est la direction moyenne d'écoulement.
Les adjectifs « intérieur » et « extérieur » qualifient la position des trémies relativement l'une par rapport à l'autre et ne limitent pas l'invention à une position géométrique des trémies par rapport à la forme géométrique du dispositif selon 1' invention . Les moyens de déflexion peuvent avoir une forme de couronne dont la surface de réflexion est torique concave ou une forme de couronne dont la surface de réflexion a une section transversale en forme de V. Le distributeur peut comporter un arbre central d'axe longitudinal relié à une paroi du passage central par des pales, permettant une connexion aisée à des moyens d'entraînement.
Les pales sont contenues avantageusement dans des plans inclinés par rapport à l'axe X, ce qui améliore la répartition des particules de matériaux granulaires .
Le distributeur peut comporter un axe central dont une surface supérieure en regard de la trémie intérieure forme une surface de déflexion pour le premier type de matériau, cette surface de déflexion a par exemple un profil en V ou en U.
L'ensemble de trémies peut comporter un canal central formant la trémie intérieure et un canal périphérique formant la trémie extérieure. Le canal extérieur est par exemple continu pour former une sécession de canaux adjacents.
La présente invention a également pour objet un procédé de remplissage d'un récipient au moyen d'un dispositif de remplissage selon la présente invention, comportant les étapes : a) introduction du distributeur dans une zone supérieure du récipient, b) mise en rotation du distributeur autour de l'axe longitudinal, c) alimentation du distributeur avec les deux types de matériau par l'ensemble de trémies.
Le procédé peut avantageusement comporter l'étape d'ajustement de la vitesse de rotation du distributeur et ou des sections de passage de l'une ou des deux trémies au cours du remplissage.
La vitesse de rotation est avantageusement fixée à une valeur permettant un débit identique pour les deux types de matériau.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels :
- les figures IA à ID sont des schémas de principe d'un dispositif de remplissage selon la présente invention dans quatre phases de remplissage,
- les figures 2A et 2B sont des vues en perspective de deux exemples de réalisation d'un dispositif de remplissage selon la présente invention, - les figures 3A et 3B sont des vues en coupe schématique du dispositif de la figure 2B en cours de remplissage,
- la figure 4 est une représentation graphique de l'évolution du débit en fonction de la vitesse de rotation du dispositif de remplissage selon l'invention pour chacun des matériaux ;
- la figure 5 est une représentation graphique d'un exemple d'une évolution de la vitesse de rotation du distributeur selon l'invention au cours du temps pour obtenir le remplissage de la figure 3B ;
- la figure 6 est une vie en coupe schématiques d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 7 est une représentation graphique de l'évolution du débit dans les deux matériaux en fonction de la vitesse de rotation du distributeur selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Les matériaux de type granulaire sont entendus dans le présent exposé comme tous matériaux formés d'un ensemble d'éléments distincts de tailles uniformes ou variables, par exemple comprises entre quelques nanomètres et plusieurs centimètres. Les matériaux en poudre sont bien entendu couverts par cette expression.
La description qui suit est faite en relation avec le remplissage d'une matrice ou empreinte pour réaliser des pièces par compression. Mais la présente invention s'applique à tout type de remplissage, dans lequel on souhaite un remplissage simultané avec plusieurs matériaux granulaires mais sans mélange de ceux-ci.
Sur les figures IA à ID, on peut voir différentes étapes de remplissage d'une matrice 2 au moyen d'un dispositif de remplissage 4 selon la présente invention représentées de manière schématique.
Le dispositif comporte un ensemble de trémies d'alimentation 6 permettant d'amener plusieurs types de matériaux granulaires, deux dans l'exemple représenté, au niveau d'un moyen de distribution 8 de ces matériaux sans les mélanger. Chacune des trémies peut être formée de compartiments distincts contenant des matériaux différents dans le but de les mélanger au moment du remplissage.
L'ensemble de trémies comporte une première trémie 10 formée par un canal central 10 pour l'alimentation en un premier type de matériau A, et une deuxième trémie formée par un canal périphérique 12 bordant le canal central 10 pour l'alimentation en un deuxième type de matériau B. Le canal périphérique 12 a par exemple une forme annulaire ou est formé par une succession de canaux répartis de manière circonférentielle. Le premier type de matériau granulaire A est schématisé par des billes grises ; et le deuxième type de matériau granulaire B est représenté par des billes blanches.
Dans l'exemple représenté, le canal central 10 et le canal périphérique 12 ont une forme conique d'axe commun, formant un entonnoir. Mais on pourrait prévoir qu'ils aient une forme cylindrique, ou que l'un des deux seulement ait une forme conique et l'autre est une forme cylindrique.
Il est également possible d'utiliser deux trémies distinctes, i.e. dans lequel la paroi du canal central 10 ne forme pas la paroi intérieure du canal périphérique 12, comme cela est représenté sur les figures 3A et 3B qui seront décrites en détail par la suite . Le moyen de distribution 8 est disposé en dessous de la trémie d'alimentation 6, celui-ci est apte à être entraîné en rotation autour d'un axe longitudinal X. L'axe X a une direction qui est la direction moyenne d'écoulement. On entend par direction moyenne d'écoulement la direction générale des particules des matériaux, qui s'étend de l'ensemble de trémies 6 au fond du récipient, qui est dans l'exemple représenté la direction verticale.
Le moyen de distribution comporte un passage central 14 au droit d'une extrémité inférieure 10.1 du canal central 10 de la trémie 6 pour le guidage du premier type de matériau A vers une zone centrale A3 de la matrice 2.
Le moyen de distribution comporte également des moyens de déflexion 16 entourant le passage central 14. Les moyens 16 sont destinés à dévier les particules du matériau granulaires B vers l'extérieur en éloignement de l'axe X.
De manière avantageuse, les moyens de déflexion 16 sont répartis de manière uniforme autour du passage central 14 et entourent de manière continue le passage central 14, ce qui permet d'effectuer un remplissage homogène dans une zone B3 du récipient externe de la matrice 2, entourant la zone centrale A3.
Les moyens de déflexion 16 se trouvent au droit d'une extrémité inférieure 12.1 du canal périphérique 12 du deuxième type de matériau B.
Dans l'exemple représenté, l'axe de rotation du moyen de distribution 8 et celui du passage central 14 sont confondus, mais on pourrait prévoir qu'ils soient distincts.
Par ailleurs, le passage central 14 a été représenté sous forme de cône de conicité orientée vers le bas, mais une forme cylindrique peut convenir. La forme est choisie pour maîtriser la trajectoire que l'on veut imposer à la poudre.
Nous allons maintenant décrire les différentes étapes de remplissage mettant en œuvre le dispositif selon la présente invention.
Sur la figure IA, le distributeur 8 est mis en place dans la matrice 2 dans sa partie supérieure, l'ensemble de trémies se trouvant au-dessus, les extrémités 10.1 du canal central 10 et 12.1 du canal périphérique 12 de la trémie au droit du passage central 14 et des moyens de déflexion 16. Le canal central 10 et le canal périphérique 12 sont remplis de matériaux A et B respectivement.
Sur la figure IB, le distributeur est mis en rotation autour de l'axe X et les matériaux A et B s'écoulent vers le distributeur 8. La rotation est symbolisée par la flèche 15. Le matériau A s'écoule dans le passage central 14 et les particules du matériau B sont déviées radialement vers l'extérieur en éloignement de l'axe X.
Sur la figure IC, une partie de ces particules vient frapper la paroi intérieure de la matrice 2 et est déviée une deuxième fois, l'autre partie tombe directement dans le fond de la matrice 2.
Sur la figure ID, qui schématise la fin du remplissage, on peut voir la répartition des particules A et B obtenue grâce au dispositif de la présente invention .
On peut également envisager que le distributeur soit disposé près du fond de la matrice 2 au début du remplissage et remonte le long de l'axe X pendant le remplissage. Ainsi, en gérant la hauteur, on maîtrise la trajectoire et donc la précision du remplissage .
La zone centrale A3 de la matrice comporte uniquement du matériau A et la zone périphérique B3 comporte uniquement du matériau B.
Ainsi, grâce à la présente invention, il est possible d'obtenir un remplissage de plusieurs matériaux granulaires non mélangés.
Sur la figure 2A, on peut voir un premier exemple de réalisation d'un distributeur selon la présente invention.
Le distributeur comporte un arbre central 18 d'axe X raccordé rigidement à la paroi 22 du passage central 14 par des moyens de connexion 20. L'arbre 18 est en prise avec un moyen d'entraînement en rotation (non représenté), permettant de mettre en rotation le distributeur.
Dans l'exemple représenté, les moyens de connexion 20 sont sous forme de pales planes contenues dans un plan contenant l'axe X, celles-ci sont au nombre de quatre, mais on pourrait également prévoir des bras.
De manière avantageuse, les pales sont inclinées par rapport à l'axe X de manière à améliorer l'écoulement du matériau granulaire A.
Les moyens de déflexion 16 sont, dans cet exemple formés par une couronne 17 torique concave, le fond étant, vu en coupe transversale, délimité par un arc de cercle.
La couronne est délimitée par une bordure circulaire radialement intérieure 26 et une bordure circulaire radialement extérieure 28.
Dans l'exemple représenté, la bordure radialement intérieure 26 est disposée verticalement en dessous de la bordure radialement extérieure 28. Mais ceci n'est aucunement limitatif, les deux bordures pourraient être de la même hauteur, ou la bordure radialement intérieure 26 pourrait être disposée verticalement au dessus de la bordure radialement extérieure 28
Le deuxième mode de réalisation du distributeur représenté sur la figure 2B se distingue du dispositif de la figure 2A, en ce que les moyens de déflexion 16 sont formés par une couronne 17' ayant une section transversale en forme de V. La couronne est délimitée par une bordure circulaire radialement intérieure 26' et une bordure circulaire radialement extérieure 28'.
Dans l'exemple représenté, la bordure radialement intérieure 26' est disposée verticalement en dessous de la bordure radialement extérieure 28'.
Les sections transversales en V et en U offrent des évolutions du débit en fonction de la vitesse de rotation V Dv et D11 respectivement différentes, comme cela est représenté sur la figure 4, ce qui permet d'adapter la vitesse.
Sur la figure 3A, on peut voir le dispositif selon le deuxième exemple de réalisation du distributeur de la figure 2B en cours de remplissage. Les flèches désignées par Al symbolisent le trajet des particules du matériau A, et les flèches désignées par Bl symbolisent le trajet des particules du matériau B.
En outre, la qualité des remplissages obtenus dépend de la gestion des débits de matériaux granulaires A et B.
Grâce à la présente invention, les débits en matériau A et en matériau B peuvent être contrôlés indépendamment . II est par exemple possible de contrôler le débit en contrôlant les sections de passage des trémies. Dans ce cas, les débits seront constants tout au long de la phase de remplissage. Les remplissages ne sont alors pas évolutifs au cours du temps, et sont donc constants sur la hauteur. On pourrait également envisager des trémies à section de passage variable.
Afin de réaliser la gestion des débits, l'invention permet de réguler le débit du matériau B, indépendamment du débit du matériau A.
Il est également possible d'anticiper le type de remplissage possible en utilisant les évolutions du débit de chacun des matériaux A et B en fonction de la vitesse de rotation du distributeur, ces évolutions étant représentées sur la figure 4.
La vitesse V est en tour/min et le débit D est en g/s, le matériau A est de l'inox et le matériau B est de la poudre de fer.
La droite A2 représente l'évolution du débit en matériau A en fonction de la vitesse, celle-ci apparaît comme indépendant de la vitesse, en effet la vitesse du distributeur n'a aucune influence sur l'écoulement du matériau A dans le passage central 14.
Par contre, la variation du débit du matériau B en fonction de la vitesse de rotation du distributeur est du type polynomial.
On peut alors déterminer automatiquement la vitesse de rotation à utiliser.
Dans le cas où les volumes que l'on souhaite remplir sont identiques et constants suivant la hauteur, la vitesse de rotation à utiliser sera donc le point d' intersection entre les deux courbes A2 et B2, i.e. une vitesse VE l'ordre de 480 tr/min.
Si l'on souhaite modifier la répartition des matériaux A et B suivant la hauteur, il suffit de faire varier la vitesse de rotation du distributeur pendant le remplissage afin de réaliser des remplissages du type de celui représenté sur la figure 3B, dans lequel la zone composée du matériau A a, vue en coupe, la forme sensiblement d'une ellipse. Sur la figure 5, est représentée l'évolution de la vitesse du distributeur pour obtenir la répartition de la figure 3B. On peut voir que la vitesse est augmentée pendant une première phase I jusqu'à atteindre la zone de plus grand diamètre, puis la vitesse est réduite jusqu'à la fin du remplissage pendant une deuxième phase II. Les deux phases étant de durée égale et les vitesses extrêmes étant les mêmes, on obtient une forme symétrique par rapport à un plan horizontal P. Ainsi, afin de déterminer les paramètres du procédé de remplissage, il convient donc, à partir des volumes mis en jeux et du type de répartition souhaitée, de remonter aux paramètres de vitesse de rotation du distributeur. Sur la figure 6, on peut voir une variante de réalisation de la présente invention, dans lequel le distributeur comporte un arbre central 18 délimitant avec la paroi un canal annulaire pour la poudre A, cet arbre central 18 comporte sur son extrémité supérieure du côté de la trémie 10 une surface de déflexion 32 pour le matériau A. Cette surface peut avoir un profil en U ou en V, i.e. elle peut voir la forme d'une cuvette à fond arrondie ou à fond conique.
Cette surface de déflexion permet d'améliorer la répartition du matériau A, comme cela est schématisé sur la figure 6. Par ailleurs, cette variante présente l'avantage de permettre de conserver les trémies 10, 12 pleines, en dehors des opérations de remplissage.
En effet, lorsque le distributeur est à l'arrêt, les poudre A et B s'entassent dans les cuvettes et finissent par boucher les orifices des trémies 10 et 12, l'écoulement s'arrête alors naturellement sans avoir à vider complémentent les trémies, comme cela est visible sur la figure 7 représentant l'évolution du débit DA et DB de chaque matériaux A et B respectivement, en fonction de la vitesse V de rotation du distributeur. Vl désigne la vitesse en dessous de laquelle le débit en matériau A est nulle, i.e. en dessous de laquelle l'écoulement en matériau A est arrêté.
La remise en route du dispositif de remplissage est donc plus rapide, de plus il n'y a plus ou très peu de matériaux perdus puisqu'il n'est plus nécessaire de vidanger les trémies. Grâce à la présente invention, il est donc possible en contrôlant les débits, par exemple en modifiant simplement la vitesse de rotation du distributeur et/ ou les sections de passage de la trémie de réaliser une répartition de forme complexe de chaque matériau.
Le dispositif de remplissage selon la présente invention a été décrit pour deux matériaux A et B, mais un dispositif de remplissage permettant le remplissage simultané et distinct de plus de deux matériaux ne sort pas du cadre de la présente invention . En effet on pourrait prévoir trois trémies concentriques ou plus, et un distributeur muni d'un canal central, un canal périphérique et des moyens de déflexion entourant le canal périphérique et disposés chacun au droit d'une trémie correspondante.
Le dispositif peut, par exemple avoir un diamètre de 15 mm et une hauteur de 10 mm, et les grains de la poudre utilisée peuvent avoir un diamètre de 150 μm. Ce dispositif permet un remplissage de quelques grammes à plusieurs kilogrammes, l'objet aura alors un volume compris entre 1 mm3 et 1 dm3.
On peut également envisager que le dispositif de remplissage (trémie et distributeur) tourne autour d'un axe parallèle à l'axe X et distinct celui-ci et/ou se déplace parallèlement à celui-ci afin de réaliser des répartitions encore plus complexes.
Le dispositif selon la présente invention est de réalisation très simple, notamment le distributeur peut par exemple être réalisé en une seule pièce, par exemple en plastique, en métal, il peut être fabriqué par frittage, laser, par usinage ou par moulage .
Le moteur peut être déporté de l'axe ou situé sur l'axe, il peut par exemple être porté par l'axe du distributeur dans le cas où celui-ci en comporte un. Dans le cas contraire, on peut aussi associer uns système d'entraînement lié au distributeur, par exemple du type courroie, mâchoire ou pion .

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de remplissage permettant le remplissage avec au moins deux matériaux granulaires simultanément sans les mélanger, comportant un ensemble de trémies (6) et un distributeur (8) disposé en aval de l'ensemble des trémies (6) dans un sens d'écoulement, l'ensemble des trémies (6) comportant au moins deux trémies (10, 12), une trémie intérieure (10) pour l'alimentation en un premier type de matériau (A) et une trémie extérieure (12) pour l'alimentation en un deuxième type de matériau (B), le distributeur (8) comportant un passage central (14) disposé au droit de la trémie intérieure (10) et des moyens de déflexion (16) du deuxième type de matériau (B) vers l'extérieur du distributeur disposés au droit de la trémie extérieure (12), lesdits moyens de déflexion (16) bordant au moins partiellement le passage central (14), le distributeur (8) étant apte à tourner autour d'un axe longitudinal (X) , dont la direction est la direction moyenne d'écoulement, dans lequel le distributeur comporte un arbre central (18) dont une extrémité supérieure (32) en regard de la trémie intérieure (10) forme une surface de déflexion pour le premier type de matériau (A) .
2. Dispositif de remplissage selon la revendication 1, dans lequel les moyens de déflexion (16) ont une forme de couronne (17) dont la surface de déviation est torique concave.
3. Dispositif de remplissage selon la revendication 1, dans lequel les moyens de déflexion (16) ont une forme de couronne (17') dont la surface de déviation a une section transversale en forme de V.
4. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'arbre central d'axe longitudinal (X) est relié à une paroi (22) du passage central (14) par des pales (20) .
5. Dispositif de remplissage selon la revendication précédente, dans lequel les pales (20) sont contenues dans des plans inclinés par rapport à l'axe longitudinal (X).
6. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface de déflexion (32) a un profil en V ou en U.
7. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'ensemble de trémies (6) comporte un canal central (10) formant la trémie intérieure et un canal périphérique (12) formant la trémie extérieure.
8. Dispositif de remplissage selon la revendication précédente, dans lequel le canal périphérique (12) est continu ou formé d'une succession de canaux discrets.
9. Procédé de remplissage d'un récipient (2) au moyen d'un dispositif de remplissage selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, comportant les étapes : a) introduction du distributeur (8) dans le récipient (2) , b) mise en rotation du distributeur (8) autour de l'axe longitudinal (X), c) alimentation du distributeur (8) avec les deux types de matériau par l'ensemble de trémies.
10. Procédé de remplissage selon la revendication 9, comportant l'étape d'ajustement de la vitesse de rotation du distributeur (8) et/ou des sections de passage de l'une ou des deux trémies au cours du remplissage.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la vitesse de rotation est fixée à une valeur permettant un débit identique pour les deux types de matériaux .
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