WO2000035586A1 - Broyeur - Google Patents

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WO2000035586A1
WO2000035586A1 PCT/IB1999/001945 IB9901945W WO0035586A1 WO 2000035586 A1 WO2000035586 A1 WO 2000035586A1 IB 9901945 W IB9901945 W IB 9901945W WO 0035586 A1 WO0035586 A1 WO 0035586A1
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WO
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blades
teeth
toothed
crusher according
pair
Prior art date
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PCT/IB1999/001945
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WO2000035586A9 (fr
Inventor
Nils E. A. Kongmark
Harald Wirth
Klaus Roehrich
Original Assignee
Rimm Technologies N.V.
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Filing date
Publication date
Application filed by Rimm Technologies N.V. filed Critical Rimm Technologies N.V.
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Priority to EP99956290A priority patent/EP1140361A1/fr
Priority to CA002354575A priority patent/CA2354575A1/fr
Priority to AU12923/00A priority patent/AU1292300A/en
Publication of WO2000035586A1 publication Critical patent/WO2000035586A1/fr
Publication of WO2000035586A9 publication Critical patent/WO2000035586A9/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/0056—Other disintegrating devices or methods specially adapted for specific materials not otherwise provided for
    • B02C19/0075—Other disintegrating devices or methods specially adapted for specific materials not otherwise provided for specially adapted for disintegrating medical waste
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C18/00—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments
    • B02C18/02—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with reciprocating knives

Definitions

  • the invention relates to a crusher or crusher for bulk material, in a heterogeneous mixture, making it possible to reduce this material into small particles in order to reduce its volume as much as possible. Its operation calls for a system of toothed blades in linear relative movements, simultaneously combining shearing functions with crushing functions. If the material in question is essentially organic and non-infectious, the ground material obtained can be used as compost, while otherwise it can be landfilled directly. Their sorting or other treatments such as decontamination or sterilization will be facilitated.
  • the larger shredders generally operate using rotating blades which generate a noise which requires protection to keep close to it Remains also the problem of shredding of fabrics and meat waste
  • the shredders or crushers used in quarries, in addition to the enormous noise that they also generate, are too large, consume a lot of energy, and produce excess fines and dust
  • the invention solves the problems mentioned above, namely obtaining a product in particles which can be easily handled, further processed if necessary, transported and stored.
  • the grinder according to the invention makes it possible to reduce heterogeneous materials, organic as well as mineral or mixed, to particles, it is small, silent and consumes little energy, being satisfied with a conventional electrical connection, as can be found. in a simple house We will also see that it is self-cleaning and that its very design allows very easy maintenance
  • the orthogonal planes are vertical and horizontal planes
  • the crusher comprises at least two successive pairs of movable toothed blades making jaws each couple consisting of two corresponding toothed blades opposite, animated back and forth in movement and approach to come into abutment against one another when the teeth are engaged in each other, the second pair of blades sliding against the first pair of blades and coming into abutment in a position offset from the position of first stop couple of toothed blades.
  • the blades advantageously have a curved profile, for example in the form of an S, to avoid that the long and thin parts cannot exceed the blades without being cut.
  • the blades constituting the pairs of blades are in a vertical position and have serrations having horizontal surfaces oriented upwards, respectively downwards, so that the shearing effects are vertical, respectively horizontal.
  • the blades are extended upwards by upper zones, also toothed, but which do not come to engage one another and instead adopt a geometrical V-shaped positioning when the toothed blades are in abutment against each other in the crushing zone.
  • the crusher comprises in the lower part a cutout leaving a free space in which the teeth do not come into abutment.
  • the grinder includes another cut which cooperates with a nose or beak projecting in correspondence on the opposite blade
  • the shape of the blades and their thickness, as well as the material used, will be chosen according to the products to be ground and the size of the ground material desired, as will be specified below.
  • the toothed blades constituting the pairs are advantageously arranged obliquely.
  • the pairs of blades can be animated with respect to each other by a synchronous movement or an asynchronous movement, and between the blades mobile can be inserted fixed blades or having a different stroke.
  • the blades can approach and move away according to a linear race located along a merged axis, in the same plane, or according to two planes making between them an obtuse angle different from 180 °, up to 120 ° for example.
  • the convergence movement is then oblique, preferably downward to further accentuate the phenomenon of self-feeding of waste.
  • this back-and-forth movement whatever the plan or plans, can also be curvilinear or arched, preferably there also oriented downward in approach.
  • Such a result is easily obtained by shifting the axis of attachment of the blades relative to the point where the reciprocating movement proper is applied to them. This generates a rocking movement, downwards if the blade attachment point is below.
  • Such a crusher can be presented in a modular form, pairs of toothed blades which can be added to the side of existing blades to increase the grinding capacity, or removed to reduce their capacity, weight and size. .
  • This is obviously a big advantage compared to traditional grinders, especially compared to screw grinders, by nature fixed in their dimensions and capacities.
  • the crusher also includes mechanical parts necessary for its operation, that is to say one or more motors powered electrically or pneumatically or hydraulically, the frames or supports required, the feed hoppers and the output and recovery bodies of the shredded products.
  • the blades are made of a material strong enough to cut and crush, while keeping a residual elasticity to take into account the shear forces.
  • the material chosen for the blades or their coating, as well as the shape and design of the teeth and mechanical interfaces depends on the applications chosen. Mention will be made of steel, carbides or nitrides, certain ceramics obtained by sintering in particular, in solid or in plating. It should be understood here that when we speak of "stop”, this does not necessarily mean that the teeth come into direct contact face to face; the stop movement can leave a slight space between these two blades, which is precisely of the order of magnitude of the dimensions of the particles of ground material obtained. In addition, to allow mechanical tolerance, the teeth in the stop zone may have a slight cut at the end or chamfer.
  • the mill according to the invention requires at least a couple of blades to operate, it is obvious that, in practice, the number of blades will be much higher, typically from a few tens to a few hundred, without this number being necessarily peer. Everything will obviously depend on the required grinding capacity and the constraints on the general dimensions.
  • the width of the blades also depends on the dimensions of the ground material, as well as the maximum dimensions of the materials to be ground, the number of blades placed side by side defining the maximum length of the material accepted.
  • FIG. 1 is a side view of the pair of cooperating blades, driven in a back and forth movement towards and away;
  • FIG. 2a is a view of a pair of identical blades, shown in perspective, but the upper part of which has a funnel shape;
  • Figure 2b is a perspective view corresponding to Figure 2a, in which several pairs of blades are arranged side by side;
  • FIG. 3 is a top view of the block diagram explaining the interpenetration of the blades and the shearing effects.
  • Figure 4 is a view similar to that of Figure 1 and relates to another embodiment.
  • the pair of blades includes a blade 1 or “male” blade, and a blade 2 or “female” blade cooperating with the blade 1.
  • Each of these blades comprises holes 3, 4 respectively serving to fix them to support shafts and motors not shown, respectively 5, 6 whose purpose is above all to lighten the whole.
  • the male blade 1 comprises an upper entry zone 7 which will be used to compact, pre-crush, possibly pre-grind and pre-tear, the material brought into this zone, and a lower zone 8, where the crushing will take place. and final grinding.
  • the female blade 2 also comprises an upper zone 9 and a lower grinding zone 10, the teeth of which interpenetrate and cooperate with the teeth of zone 8.
  • the two upper zones 7, 9 of the blades together form a V-shaped hopper, the role will be to advance down the material taken in this hopper.
  • the male blade 1 projects, while the corresponding part of the female blade 2 has an S shape, in order to define a passage for the ground material and to prevent pieces from passing through the blades without being treated.
  • teeth are identified by the reference numerals 11,12 on each of the two male blades 1 and female 2 respectively.
  • the blades 11 In their upper zones 7, 9, the blades 11 have teeth which have a horizontal face 13 facing upwards. Since the other face 13 ′ of these same teeth 11 is inclined downwards, the distance then the bringing together of the blades will push the material down, as indicated above, creating a self-feeding effect.
  • the teeth In the lower zones of the blades, which are advantageously inclined relative to the vertical (by an angle ⁇ of approximately 45 ° in the figures, but which can for example be between 0 and 60 °, values which can vary enormously depending on applications), the teeth have a horizontal face facing downwards 14, respectively a horizontal face facing upwards 15.
  • connection zone comprising more conventional teeth 12 with inclined faces, these faces being complementary so as to be able to fit together.
  • the upper zones of the two blades form a right V shape, forming a feed hopper, with an opening half-angle of the order of 45 ° relative to the vertical.
  • This angle ⁇ which can be identical or different from the angle ⁇ mentioned above, can also vary between 0 ° and 60 °, and the V can have a curvilinear profile or in successive sections of different inclination.
  • This part therefore forms a funnel for the material to be ground and the shape of the teeth present in the funnel will, as has already been indicated and is clearly visible in FIG. 2a, contribute to bringing the material down to the lower grinding zone.
  • FIG. 2a in fact which is only a simplifying principle diagram representing only a single pair of blades, the arrow f3 illustrates the downward movement of the material. It will be observed that here the funnel has a non-straight shape, in an evolving curve.
  • FIG. 2b which repeats FIG. 2a
  • the mill according to the invention is equipped with five pairs of consecutive blades (101,201; 102,202; 103; 203, 104,204; 105,205) some of which (201,102,203,104,205) are fixed.
  • a thickness of blades of the same order of magnitude will be chosen (for example 3 to 5 mm), height for the teeth less than approximately 5 to 10 mm, a height of the blades in the lower zone of 6 to 8 cm for a total height of the blades which can go up to 20 cm; we will have for example sixty side-by-side for a width of 30 cm.
  • the value of 5 mm is only an example, since by varying the above parameters, one can choose the particle size of the ground material.
  • the blade 101 is female and the blade 201 is male, the blade 102 is male and the blade 202 is female and so on alternately, the zones 1 and 9, respectively 8 and 10 being correlatively alternately on each on both sides.
  • the mill operates in the following manner, it being understood that the movement of the blades can be synchronized, or else offset in space or in time.
  • the synchronized operating mode will be explained below in more detail.
  • the blades move towards and away from each other and the material placed in the "funnel" forming a hopper is, for large pieces, already torn and pierced. There is therefore first an effect of compaction and partial overwriting. Thanks to the shape of the teeth, the material is pushed downwards where it compacts more and more.
  • the shearing effect between two consecutive blades sliding against each other is a vertical shearing effect cutting the material, while the shearing effect between two faces of horizontal teeth in the grinding zone is a shearing effect horizontal also cutting the material
  • the crushing effect is obtained by the blades which come closer to come to bear against each other, in the lower zone 8
  • the parameters of the angles of the funnel and its shape, the geometry and the length of the lower grinding zone are determined to allow drilling, tearing or previously compressing the material in the funnel, pushing it into the grinding where it will be ground when the teeth will come to engage each other as far as the stop, with the clearance imposed by the final size of the ground particles
  • the blades can be mounted on an elastic device (springs or shock absorbers) with play, so that they do not come fully into abutment face against face unless there is no ground material particle caught in them, leaving the necessary clearance otherwise
  • Figure 3 is a top view of the blades in a variant where the grinder alternately comprises fixed blades (102,201, 103,204, etc.), shown in gray, while the movable blades (101, 202,103,204, etc.) are shown with hatching
  • the letters a, b, c and d represent different stages of moving away and bringing together the moving blades At a, all the blades are separated.
  • the movable blades have exceeded the fixed blades and have therefore eliminated any material which may have fixed on them (cleaning step)
  • the movable blades have just passed over each other and the material has been cut by shearing on the vertical edges
  • the movable blades penetrate into the fixed blades and the material is sheared horizontally by the faces of the horizontal teeth sliding on each other, then it is crushed and crushed at the end of travel Then, the movable blades move away and we find sacred in position at.
  • the shredder according to the invention is "anti-blocking", that is to say that no particle of shredded material can accumulate durably until it blocks the operation of the blades.
  • the mill is also "self-cleaning", the blades being arranged so that, during their journey, the vertical edge of a blade passes against the vertical edge of its neighbors. By moving forward, a blade repels the material that can stick to a tooth of its neighbors. The cut pieces will fall lower to undergo a new action of crushing and shearing.
  • FIG. 4 which illustrates another embodiment, the male 1 and female 2 blades have been crossed from left to right, to clearly show that the arrangement of these blades, from right to left or from left to right, is indifferent. We find all the elements already described in Figure 1 with the same reference numbers.
  • the essential difference lies in the lower part of the blades, since the female blade 2 has, from bottom to top, a cutout 17, without tooth and according to a substantially curvilinear geometry 17. According to an alternative embodiment, follows at the end of a second cut 20 making clearance.
  • the female blade 1 then has at the end a projection 10 in the form of a beak or nose which will take place in the cutout 20 above.
  • a free space 18 is formed in which the materials being shredded will temporarily reside, before being expelled therefrom by cooperation between the nose 19 and the cutout 20.
  • the cut 20 can be carried by the same blade as the cut 17, or by the opposite blade.
  • this embodiment further improves the expulsion of the ground materials, preventing certain filiform dilacerates from being trapped between the consecutive blades. It must indeed be remembered that the two blades in approximation and distance are preceded and followed by other pairs of blades in approximation or distance, or, as mentioned above, of alternating fixed blades, so that the space 18 is actually a three-dimensional room.
  • the blades are actuated by the shafts which pass through them (see Figures 1 and 4). It should be noted here that, depending on the weight of the blades constituting the jaws and the material constituting the teeth, the motor movement must be sufficient. However, once the movement has started, the blades being advantageously accelerated over a length of about 30 mm in about a second, the material is cut not only by the force communicated to the blades by the motor movement, but also by the kinetic energy stored. For example, 60 pairs of blades 5 mm thick as shown in Figure 1, actuated by 4 cylinders 25 mm in diameter powered by a hydraulic group with a 0.75 kW motor provide a torque of more than 1 ton.
  • the mill according to the invention can be of reduced size and weight and thus find wide applications in the fields where it is necessary to have a light, energy-efficient grinder to reduce heterogeneous materials, such as waste, into particles as small as possible and reduce their volume.
  • Such a crusher can therefore be used advantageously in small workshops or laboratories or at home, as well as on board aircraft where weight and volumes are the enemies and where we generally only have a counted electric generation
  • This mill can moreover constitute one of the elements of a milling assembly in several stages, comprising several (n) mills according to the invention installed in series.
  • the mill obtained by a mill (n-1) feeds the following mill (n ) in the series
  • hospital waste is generally a mixture of human tissues, various textile materials (compresses, etc.), rubbery materials (gloves of surgery, etc.), syringes (mixture of plastic and metal), or even paper and cardboard (packaging)
  • human tissues are likely to be infectious, hospital waste should not be put in the traditional circuit
  • they must be treated separately, either in ad hoc centers external to the hospital, or in an internal treatment center at the hospital. They are always huge, noisy and energy-consuming installations, with which are associated sterilization facilities to destroy all pathogenic germs In all cases, they must be transported out of the operating room
  • microwave sterilization comprising a grinder for the pre-treatment of waste, of sufficiently small dimensions so that each operating room or each department can have its own device, which avoids any external transport and handling
  • a microwave treatment device is described for example in WO 97/44069
  • the hospital waste to be treated In order for the device in question to remain of a volume compatible with an operating room, the hospital waste to be treated, of heterogeneous nature, must first be shredded into small dimensions and this is precisely where the shredder comes in. according to the invention, as an independent machine, or better in a combined grinding and sterilization installation, in particular microwave sterilization

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Abstract

On décrit un broyeur à lames dont le fonctionnement combine un effet d'écrasement à un double effet de cisaillement selon deux plans orthogonaux de l'espace, par exemple verticaux et horizontaux. Ce broyeur comprend par exemple au moins deux couples successifs de lames dentées mobiles faisant mâchoires, chaque couple étant constitué de deux lames (1, 2) dentées correspondantes, en vis-à-vis, animées d'un mouvement de va-et-vient en éloignement (f2) et rapprochement (f1) pour venir buter l'une contre l'autre quand les dents s'engagent les unes dans les autres. Une partie au moins des dents des lames (1, 2) présentent une face orientée perpendiculairement au plan du mouvement de va-et-vient des lames, et le deuxième couple de lames glissant contre le premier couple de lames pour venir en butée dans une position est décalée par rapport à la position de butée du premier couple de lames dentées. Des lames fixes peuvent être intercalées entre les lames mobiles.

Description

BROYEUR
L'invention se rapporte à un broyeur ou concasseur pour matériau en vrac, en mélange hétérogène, permettant de réduire ce matériau en particules de faibles dimensions afin d'en diminuer le volume le plus possible. Son fonctionnement fait appel à un système de lames dentées en mouvements relatifs linéaires, combinant simultanément des fonctions de cisaillement avec des fonctions de concassage. Si le matériau en question est essentiellement organique et non infectieux, les broyats obtenus pourront servir de compost, tandis que dans le cas contraire ils pourront être mis en décharge directement. Leur tri ou d'autres traitements comme la décontamination ou la stérilisation en seront facilités.
Le besoin de broyer les matériaux usagés est ancien et de nombreux procédés et dispositifs ont été développés pour le broyage de tels matériaux permettant de les écraser, les couper, les hacher, les déchiqueter, les dilacérer, etc.
En réalité, seul un petit nombre de procédés sont d'usage courant. Ils font appel à des couteaux ou des ciseaux, comme les broyeurs à papier, à des lames rotatives, pour la destruction des métaux, des plastiques et du caoutchouc, ou encore à des mâchoires (matériaux pierreux ou rocheux). Chacun des ces procédés présentant des inconvénients souvent rédhibitoires lorsqu'ils sont utilisés en dehors de leurs applications strictes, pour traiter par exemple des mélanges hétérogènes de matériaux ou matières diverses.
De nos jours, l'augmentation des coûts de transport et de stockage des déchets rend nécessaire le broyage des matériaux en un lieu aussi proche que possible de l'endroit où ils sont produits. La demande est donc grande, et de plus en plus, pour un broyeur de matières usagées peu encombrant et léger utilisable par exemple en atelier ou en laboratoire, voire simplement comme appareil ménager. Ce type d'appareil doit présenter une faible consommation, faire peu de bruit et pouvoir traiter des matériaux variés d'épaisseurs très variables. Comme déjà indiqué, les solutions connues et citées ci-dessus n'ont pas grand chose à offrir de ce point de vue. Les broyeurs à papier ne sont pas suffisamment résistants pour traiter le plastique et les métaux, même de faible épaisseur. Les broyeurs de plus grandes dimensions fonctionnent généralement à l'aide de lames rotatives qui génèrent un bruit qui nécessite une protection pour se tenir à proximité Reste aussi le problème du broyage des tissus et déchets carnés Les broyeurs ou concasseurs utilisés en carrières, outre le bruit énorme qu'ils génèrent eux aussi, sont de trop grandes dimensions, consomment énormément d'énergie, et produisent des fines et poussières en excès
On citera pour mémoire les broyeurs de type à billes ou à marteaux, utilisés en laboratoire ou dans l'industrie pour réduire en poudre fine des matériaux durs, mais ces instruments génèrent un bruit insupportable et ne sont de toutes façons pas conçus pour traiter des matériaux constitués de mélanges hétérogènes
L'invention au contraire résout les problèmes évoques ci-dessus, à savoir l'obtention d'un produit en particules qui peut être facilement manipulé, traité ultérieurement s'il y a lieu, transporté et stocke
Le broyeur selon l'invention permet de réduire en particules des matériaux hétérogènes aussi bien organiques que minéraux ou mixtes , il est de petites dimensions, silencieux et consomme peu d'énergie, se contentant d'un raccordement électrique classique, comme on peut le trouver dans une simple habitation On verra en outre qu'il est autonettoyant et que sa conception même permet une maintenance très facile
II a pour caractéristique que son fonctionnement combine un effet d'écrasement qui coopère avec un double effet de cisaillement selon deux plans orthogonaux de l'espace
De préférence, les plans orthogonaux sont des plans verticaux et horizontaux
Selon une forme d'exécution, le broyeur comprend au moins deux couples successifs de lames dentées mobiles faisant mâchoires chaque couple étant constitué de deux lames dentées correspondantes en vis-à-vis, animées d'un mouvement de va-et-vient en éloignement et rapprochement pour venir en butée l'une contre l'autre quand les dents sont engagées les unes dans les autres, le deuxième couple de lames glissant contre le premier couple de lames et venant en butée dans une position décalée par rapport à la position de butée du premier couple de lames dentées.
Les lames présentent avantageusement un profil courbe, par exemple en forme de S, pour éviter que les pièces longues et minces ne puissent dépasser les lames sans être coupées.
De préférence alors, les lames constituant les couples de lames sont en position verticale et présentent des dentelures ayant des surfaces horizontales orientées vers le haut, respectivement vers le bas, en sorte que les effets de cisaillement sont verticaux, respectivement horizontaux.
Dans un mode de réalisation avantageux, les lames se prolongent vers le haut par des zones supérieures, dentées elles aussi, mais qui ne viennent pas s'engager les unes dans les autres et adoptent au contraire un positionnement géométrique en V lorsque les lames dentées sont en butée les unes contre les autres dans la zone d'écrasement.
Dans une autre forme d'exécution, le broyeur comprend en partie basse une découpe ménageant un espace libre dans laquelle les dents ne viennent pas en butée. En varainte, le broyeur comprend une autre découpe qui coopère avec un nez ou bec faisant saillie en concordance sur la lame opposée
La forme des lames et leur épaisseur, ainsi que le matériau utilisé, seront choisis en fonctions des produits à broyer et la taille du broyât désiré, comme cela sera précisé plus loin.
Par cette caractéristique, les matières sont poussées vers le bas, dans la zone d'écrasement. Un tel broyeur s'auto-alimente de lui-même.
Il est cependant possible de prévoir, par exemple pour le traitement de déchets légers et d'un grand volume vide tels que les bouteilles en plastique vide, des moyens additionnels pour pousser les matières vers les lames.
Dans la zone d'écrasement, les lames dentées constituant les couples sont avantageusement disposées obliquement.
Les couples de lames peuvent être animés l'un par rapport à l'autre d'un mouvement synchrone ou d'un mouvement asynchrone, et entre les lames mobiles peuvent être intercalées des lames fixes ou ayant une course différente.
Les lames peuvent se rapprocher et s'éloigner selon une course linéaire située selon un axe confondu, dans le même plan, ou selon deux plans faisant entre eux un angle obtus différent de 180°, jusqu'à 120° par exemple. Le mouvement de convergence est alors oblique, de préférence vers le bas pour accentuer encore le phénomène d'auto-alimentationn des déchets.
Il faut noter aussi que ce mouvement de va-et-vient, quel qu'en soit le ou les plans, peut est aussi curviligne ou arqué, de préférence là aussi orienté vers la bas en rapprochement. Un tel résultat est facilement obtenu en décalant l'axe de fixation des lames par rapport au point où le mouvement de va-et-vient proprement dit leur est appliqué. Cela génère un mouvement de bascule, vers la bas si le point de fixation des lames est en dessous.
De par sa conception même un tel broyeur peut se présenter sous une forme modulaire, des couples de lames dentées pouvant être ajoutés au côté de lames existantes pour augmenter la capacité de broyage, ou retirés pour en diminuer la capacité, le poids et l'encombrement. C'est évidemment un gros avantage par rapport aux broyeurs traditionnels, notamment par rapport aux broyeurs à vis, par nature figés dans leurs dimensions et capacités.
Bien entendu, en dehors des éléments ci-dessus qui constituent l'invention proprement dite, le broyeur comprend également des pièces mécaniques nécessaires à son fonctionnement, c'est-à-dire un ou plusieurs moteurs alimentés électriquement ou pneumatiquement ou encore hydrauliquement, les bâtis ou supports nécessaires, les trémies d'alimentation et les organes de sortie et de récupération des broyats produits.
Bien entendu aussi, les lames sont réalisées dans un matériau suffisamment résistant pour couper et écraser, tout en gardant une élasticité résiduelle pour prendre en compte les forces de cisaillement. Le matériau choisi pour les lames ou leur revêtement, ainsi que la forme et la conception des dents et des interfaces mécaniques dépend des applications choisies. On citera l'acier, les carbures ou nitrures, certaines céramiques obtenues par frittage notamment, en massif ou en plaquage. Il faut bien comprendre ici que lorsqu'on parle de "butée", cela ne signifie pas nécessairement que les dents viennent en contact directement face contre face ; le mouvement de butée peut laisser subsister un léger espace entre ces deux lames, qui est précisément de l'ordre de grandeur des dimensions des particules des broyats obtenus. En plus, pour permettre une tolérance mécanique, les dents dans la zone de butée peuvent présenter une légère découpe en bout ou chanfrein.
Bien que le broyeur selon l'invention nécessite à minima un couple de lames pour fonctionner, il est évident que, dans la pratique, le nombre de lames sera beaucoup plus élevé, typiquement de quelques dizaines à quelques centaines, sans que ce nombre soit nécessairement pair. Tout dépendra évidemment de la capacité de broyage requise et des contraintes sur les dimensions générales.
La largeur des lames dépend aussi des dimensions des particules du broyât, ainsi que des dimensions maximum des matériaux à broyer, le nombre de lames mises côte-à-côte définissant la longueur maximum du matériau accepté.
L'invention sera mieux comprise en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif. Dans ces dessins :
- la figure 1 est une vue de côté du couple de lames coopérant, animé d'un mouvement de va-et-vient en rapprochement et en éloignement ;
- la figure 2a est une vue d'un couple de lames identiques, représenté en perspective, mais dont la partie supérieure a une forme d'entonnoir ;
- la figure 2b est une vue en perspective correspondant à la figure 2a, dans laquelle plusieurs couples de lames sont disposés côte-à-côte ;
- la figure 3 est une vue de dessus du schéma de principe expliquant l'interpénétration des lames et les effets de cisaillement ; et
- la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 et se rapporte à une autre forme d'exécution.
Comme on le voit sur la figure 1 , le couple de lames comprend une lame 1 ou lame "mâle", et une lame 2 ou lame "femelle" coopérant avec la lame 1. Chacune de ces lames comprend des perçages 3,4 respectivement servant à les fixer sur des arbres supports et moteurs non représentés, respectivement 5,6 dont le but est avant tout d'alléger l'ensemble. La lame mâle 1 comprend une zone supérieure 7 d'entrée qui va servir à compacter, pré-écraser, éventuellement prébroyer et pré-déchirer, le matériau amené dans cette zone, et une zone inférieure 8, où va s'effectuer l'écrasement et le broyage final. La lame femelle 2 comprend également une zone supérieure 9 et une zone inférieure de broyage 10 dont les dents s'interpénétrent et coopèrent avec les dents de la zone 8. Les deux zones supérieures 7,9 des lames forment ensemble une trémie en V dont le rôle va être de faire progresser vers le bas le matériau pris dans cette trémie.
Dans la zone inférieure, la lame mâle 1 fait saillie, tandis que la partie correspondante de la lame femelle 2 a une forme en S, afin de définir un passage pour le broyât et éviter que des morceaux ne puissent traverser les lames sans être traités.
Ces dents sont repérées par les chiffres de références 11,12 sur chacune des deux lames mâle 1 et femelle 2 respectivement. Dans leurs zones supérieures 7,9, les lames 11 ont des dents qui présentent une face horizontale 13 tournée vers le haut. Etant donné que l'autre face 13' de ces mêmes dents 11 est inclinée vers la bas, l'éloignement puis le rapprochement des lames va pousser le matériau vers le bas, comme indiqué plus supérieur, créant un effet d'auto- alimentation.
Dans les zones inférieures des lames, qui sont avantageusement inclinées par rapport à la verticale (d'un angle α d'environ 45° sur les figures, mais qui peut par exemple être compris entre 0 et 60°, valeurs qui peuvent varier énormément selon les applications), les dents présentent une face horizontale orientée vers le bas 14, respectivement une face horizontale orientée vers le haut 15.
Cela n'est pas représenté ici sur la figure 1 par soucis de simplicité, mais les lames présentent une légère découpe en bout pour faciliter leur emboîtement, en autorisant une tolérance mécanique dans le montage des systèmes de lames. En revanche, une telle découpe ou chanfrein est représenté sur une lame de la figure 4, référence 16
On trouve enfin, entre les zones supérieures 7 ou 9 et inférieures 8 ou 10 de chaque lame 1 ou 2, une zone de raccordement comprenant des dents 12 plus classiques à faces inclinées, ces faces étant complémentaires de manière à pouvoir venir s'emboîter.
Ces lames sont animées d'un va-et-vient en rapprochement selon f1 ou en éloignement selon f2. Lorsqu'elles se rapprochent f1 , toutes les dents des zones intermédiaires de raccordement et des zones inférieures s'emboîtent les unes dans les autres, les faces 14 et 15 des dents en correspondance venant glisser les unes contre les autres en exerçant un effet de cisaillement horizontal.
Il faut bien noter ici que par les mots "horizontal" et "vertical", on se repère par rapport à l'axe du broyeur dans son ensemble, tel qu'il est normalement installé, posé ou fixé sur le sol. Il peut être incliné, sans que cela change en quoi que ce soit les effets d'écrasement et de cisaillement.
Sur la figure 1 , les zones supérieures des deux lames forment une figure en V droit, faisant trémie d'alimentation, avec un demi-angle d'ouverture de l'ordre de 45° par rapport à la verticale. Cet angle β, qui peut être identique ou différent de l'angle α mentionné plus haut, peut varier aussi entre 0° et 60°, et le V peut présenter un profil curviligne ou en sections successives d'inclinaison différentes. Cette partie forme donc entonnoir pour le matériau à broyer et la forme des dents présentes dans l'entonnoir va, comme cela a été déjà indiqué et est clairement visible sur la figure 2a, contribuer à faire descendre le matériau vers la zone inférieure de broyage.
Sur cette figure 2a en effet qui n'est qu'un schéma de principe simplificateur ne représentant qu'un seul couple de lames, on a illustré par la flèche f3 le mouvement vers le bas du matériau. On observera qu'ici l'entonnoir a une forme non droite, en courbe évolutive.
Sur la figure 2b, qui répète la figure 2a, le broyeur selon l'invention est équipé de cinq couples de lames consécutifs (101,201;102,202;103;203, 104,204;105,205) dont certaines (201,102,203,104,205) sont fixes. Pour fixer les idées, lorsqu'on désire obtenir un broyeur dont la taille de particules des broyats obtenus est de l'ordre de 5 mm, on choisira une épaisseur de lames du même ordre de grandeur (par exemple 3 à 5 mm), une hauteur pour les dents inférieures à 5 à 10 mm environ, une hauteur des lames dans la zone inférieure de 6 à 8 cm pour une hauteur totale des lames pouvant aller jusqu'au 20 cm ; on en disposera par exemple soixante côte-à-côte pour une largeur de 30 cm.
La valeur de 5 mm n'est qu'un exemple, puisqu'en faisant varier les paramètres ci-dessus, on peut choisir les dimensions de particules des broyats.
Sur cette figure 2b la lame 101 est femelle et la lame 201 est mâle, la lame 102 est mâle et la lame 202 est femelle et ainsi de suite en alternance, les zones 1 et 9, respectivement 8 et 10 étant corrélativement en alternance sur chacun des deux côtés.
Le broyeur fonctionne de la façon suivante, étant entendu que le mouvement des lames peut être synchronisé, ou bien décalé dans l'espace ou dans le temps. Pour plus de simplicité et une meilleure compréhension, on expliquera ci après plus en détails le mode de fonctionnement synchronisé. Les lames se déplacent en rapprochement et en éloignement les unes des autres et le matériau disposé dans "l'entonnoir" faisant trémie est, pour les gros morceaux, déjà déchiré et percé II y a donc d'abord un effet de compactage et d'écrasement partiel. Grâce à la forme des dents, le matériau est poussé vers le bas où il se compacte de plus en plus.
Commence alors un effet de cisaillement vertical par glissement des deux lames consécutives l'une sur l'autre (101 contre 202 ; 202 contre 103, 103 contre 204, etc). Le matériau entre alors dans la zone de raccordement, puis dans la zone inférieure des lames (8,10) où il est écrasé, broyé, concassé, coupé et cisaillé, en bref déchiqueté et réduit en petites particules. Il y a toujours un effet de cisaillement vertical entre deux lames consécutives, mais il s'y ajoute alors un effet de cisaillement horizontal entre les faces complémentaires, orientées vers le haut (15), respectivement vers le bas (14), des dents des deux lames en vis-à-vis et en rapprochement. A ce double effet de cisaillement s'ajoute aussi un effet d'écrasement entre ces mêmes deux lames en rapprochement, faisant mâchoires ou tenailles. On remarquera qu'entre la figure 1 e t la figure 2a ou 2b, les faces des dents (14,15) des lames dans leur zone inférieures ont été inversées sur les lames mâles et femelles. Ceci pour bien montrer que la disposition relative de ces faces est indifférente, pourvu qu'elles soient horizontales.
L'effet de cisaillement entre deux lames consécutives glissant l'une contre l'autre est un effet de cisaillement vertical coupant le matériau, tandis que l'effet de cisaillement entre deux faces de dents horizontales dans la zone de broyage est un effet de cisaillement horizontal coupant lui aussi le matériau L'effet d'écrasement est obtenu par les lames qui se rapprochent pour venir s'appuyer l'une contre l'autre, dans la zone inférieure 8
Les paramètres d'angles de l'entonnoir et sa forme, la géométrie et la longueur de la zone inférieure de broyage sont déterminés pour permettre de percer, de déchirer ou de comprimer préalablement le matériau dans l'entonnoir, le pousser dans la zone de broyage où il va être broyé lorsque les dents vont venir s'engager les unes dans les autres jusqu'en butée, avec le jeu imposé par la dimension finale des particules de broyât
D'ailleurs, les lames peuvent être montées sur un dispositif élastique (ressorts ou amortisseurs) avec jeu, en sorte qu'elles ne viennent complètement en butée face contre face que s'il n'y a aucune particule de broyât pris en elles, laissant le jeu nécessaire dans le cas contraire
La figure 3 est une vue de dessus des lames dans une variante où le broyeur comprend alternativement des lames fixes (102,201 , 103,204,etc), représentées en grisé, tandis que les lames mobiles (101 , 202,103,204, etc) sont représentées avec des hachures Les lettres a, b, c et d représentent différentes étapes de l'éloignement et du rapprochement des lames mobiles En a, toutes les lames sont séparées. En b, les lames mobiles ont dépassé les lames fixes et ont donc éliminé tout matériau qui a pu se fixer sur elles (étape de nettoyage) En c, les lames mobiles sont juste passées les unes sur les autres et le matériau a été coupé par cisaillement sur les bords verticaux En d, les lames mobiles pénètrent dans les lames fixes et le matériau est cisaillé horizontalement par les faces des dents horizontales glissant les unes sur les autres, puis il est écrasé et broyé en bout de course Alors, les lames mobiles s'éloignent et on se retrouve à la position a.
On observera ici que les frottements générés lorsque les lames s'écartent vont dégager le matériau ou les particules pris entre elles, qui vont tomber vers le bas pour être repris par les dents situées en dessous. Cette géométrie fait que le broyeur selon l'invention est "antibloquant", c'est-à-dire qu'aucune particule de broyât ne peut s'accumuler durablement jusqu'à bloquer le fonctionnement des lames.
On remarquera aussi, en relation avec ce qui précède que le broyeur est également "autonettoyant", les lames étant arrangées de telle sorte que, durant leur trajet, le bord vertical d'une lame passe contre le bord vertical de ses voisines. En se déplaçant vers l'avant, une lame repousse le matériau pouvant coller sur une dent de ses voisines. Les morceaux coupés vont tomber plus bas pour subir une nouvelle action d'écrasement et de cisaillement.
Sur la figure 4, qui illustre une autre forme d'exécution, on a croisé de gauche à droite les lames mâle 1 et femelle 2, pour bien montrer que la disposition de ces lames, de droite à gauche ou de gauche à droite, est indifférente. On y retrouve tous les éléments déjà décrits dans la figure 1 avec les mêmes chiffres de références.
Les différences résident dans les éléments suivants. D'abord, la forme générale en S est moins marquée, voir absente. Les surfaces 13 et 13' des dents 11 dans les zones supérieures 7 et 9 sont obliques et les passages 4 et 6 sont confondus. A noter qu'un chanfrein 16 est représenté sur une des lames, mais dans la réalité, toutes les lames qui doivent glisser les unes dans les autres présente un tel chanfrein. Ces chanfreins visent à améliorer le guidage lors de l'interpénétration.
La différence essentielle réside en la partie basse des lames, puisque la lame femelle 2 présente, de bas en haut, une découpe 17, sans dent et selon une géométrie sensiblement curviligne 17. Selon une variante de réalisation, suit à l'extrémité d'une seconde découpe 20 faisant dégagement. La lame femelle 1 présente alors en bout une saillie 10 en forme de bec ou de nez qui viendra prendre place dans la découpe 20 ci-dessus. Entre la découpe 17 et les dents de la lame opposé est ménagé un espace libre 18 dans lequel les matériaux en cours de dilacération vont provisoirement résider, avant d'en être expulser par coopération entre le nez 19 et la découpe 20.
La découpe 20 peut être portée par la même lame que la découpe 17, ou par la lame opposée.
On a constaté que cette forme d'exécution améliorait encore l'expulsion des matériaux broyés, évitant que certains dilacérats filiformes ne restent coincer entre les lames consécutive. Il faut bien se rappeler en effet que les deux lames en rapprochement et eloignement sont précédées et suivies d'autres couples de lames en rapprochement ou eloignement, ou, comme indiué plus haut, de lames fixes en alternance, en sorte que l'espace 18 est en réalité une chambre tridimensionnelle.
Les lames sont actionnées par les arbres qui les traversent (voir figures 1 et 4). Il faut observer ici que, selon le poids des lames constituant les mâchoires et le matériau constituant les dents, le mouvement moteur doit être suffisant. Cependant, une fois le mouvement lancé, les lames étant avantageusement accélérées sur une longueur d'environ 30 mm en une seconde environ, le matériau est coupé non seulement par la force communiquée aux lames par le mouvement moteur, mais également par l'énergie cinétique emmagasinée. Par exemple, 60 couples de lames de 5 mm d'épaisseur comme représentés à la figure 1 , actionnés par 4 vérins de diamètre 25 mm alimentés par un groupe hydraulique avec un moteur de 0,75 kW fournissent un couple de plus de 1 tonne.
De par sa remarquable efficacité due au triple effet de cisaillement dans deux plans et d'écrasement, le broyeur selon l'invention peut être de dimensions et de poids réduits et trouver ainsi de larges applications dans les domaines où il est nécessaire de disposer d'un broyeur léger, peu gourmand en énergie pour réduire des matériaux hétéroclites, tels que des déchets, en particules aussi petites que possible et en diminuer le volume.
Un tel broyeur pourra donc être utilisé avantageusement dans les petits ateliers ou laboratoires ou à domicile, ainsi qu'à bord des aéronefs où poids et volumes sont les ennemis et où on ne dispose en général que d'une génération électrique comptée
Ce broyeur peut d'ailleurs constituer un des éléments d'un ensemble de broyage en plusieurs étapes, comprenant plusieurs (n) broyeurs selon l'invention installés en série Le broyât obtenue par un broyeur (n-1) alimente le broyeur suivant (n) dans la série
Le broyeur, respectivement l'ensemble de broyage, trouvera aussi un intérêt tout particulier en milieu hospitalier En effet, les déchets hospitaliers sont en général un mélange de tissus humains, de matériaux textiles divers (compresses, etc ), de matériaux caoutchouteux (gants de chirurgie, etc ), de seringues (mélange de plastique et métal), voire de papier et carton (emballages) Parce que les tissus humains sont susceptibles d'être infectieux, les déchets hospitaliers ne doivent pas être mis dans le circuit traditionnel Au contraire, ils doivent être traités à part, soit dans des centrales ad hoc externes à l'hôpital, soit dans un centre de traitement interne à l'hôpital II s'agit toujours d'installations énormes, bruyantes et voraces en énergie, auxquelles sont associées des installations de stérilisation pour détruire tous les germes pathogènes Dans tous les cas, ils doivent être transportés hors de la salle d'opération
Récemment, on a développe des appareils de traitements médicaux par stérilisation micro-ondes comprenant un broyeur pour le pre-traitement des déchets, de dimensions suffisamment modestes pour que chaque salle d'opération ou chaque service puisse disposer de son propre appareil, ce qui évite tout transport et manipulation externe Un tel appareil de traitement micro-ondes est décrit par exemple dans WO 97/44069
Pour que l'appareil en question reste d'un volume compatible avec une salle d'opération, il faut que les déchets hospitaliers à traiter, de nature hétéroclite, soient préalablement broyés en petites dimensions et c'est précisément la qu'intervient le broyeur selon l'invention, comme machine indépendante, ou mieux dans une installation combinée de broyage et de stérilisation, notamment de stérilisation par micro-ondes

Claims

REVENDICATIONS
1. Broyeur à lames, caractérisé par un fonctionnement qui combine un effet d'écrasement à un double effet de cisaillement selon deux plans orthogonaux de l'espace.
2. Broyeur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les plans orthogonaux sont des plans verticaux et horizontaux.
3. Broyeur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couples successifs de lames dentées mobiles faisant mâchoires, chaque couple étant constitué de deux lames(1 ,2) dentées correspondantes, en vis-à-vis, animées d'un mouvement de va-et-vient en eloignement (f2) et rapprochement (f1) pour venir buter l'une contre l'autre quand les dents s'engagent les unes dans les autres, une partie au moins des dents des lames (1 ,2) présentant une face orientée perpendiculairement au plan du mouvement de va-et-vient des lames, et le deuxième couple de lames glissant contre le premier couple de lames pour venir en butée dans une position décalée par rapport à la position de butée du premier couple de lames dentées.
4. Broyeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lames (1 ,2) constituant les couples de lames sont en position verticale et comportent des dents (11) présentant pour partie au moins des surfaces horizontales orientées vers le haut (15), respectivement vers le bas (14), en sorte que le double effet de cisaillement est du à un effet de cisaillement vertical produit par le croisement des lames successives glissant l'une contre l'autre, combiné à un effet de cisaillement horizontal produit par le croisement des faces des dents orientées vers le haut (15), respectivement vers le bas (14), glissant les unes contre les autres.
5. Broyeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lames se prolongent vers le haut par des zones supérieures (7, respectivement 9), dentées elles aussi, mais qui ne viennent pas s'engager les unes dans les autres, adoptant au contraire un positionnement géométrique en V faisant trémie lorsque les lames dentées sont engagées les unes dans les autres dans la zone inférieure de butée
(8, respectivement 10).
6. Broyeur selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que, dans la zone de butée (8, respectivement 10), les lames dentées (1,2) constituant les couples sont obliques.
7. Broyeur selon les revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que, dans la zone de butée (8, respectivement 10), les lames dentées (1,2) constituant les couples présentent un profil courbe, par exemple en forme de S.
8. Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des lames fixes sont intercalées entre les lames mobiles.
9. une découpe (17) ménageant un espace libre (18) dans laquelle les dents ne viennent pas en butée.
10. Broyeur selon l'une des revendications 4 à 98, caractérisé en ce qu'il comprend en partie basse et en extrémité une autre découpe (20) qui coopère avec un nez ou bec (19) faisant saillie en concordance sur la lame opposée.
11 Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames se rapprochent et s'éloignent selon une course linéaire située dans le même plan, ou selon deux plans faisant entre eux un angle obtus différent de 180°, le mouvement de convergence étant alors oblique.
12 Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames se rapprochent et s'éloignent selon une course curviligne ou arqué.
13. Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous une forme modulaire, des couples de lames dentées pouvant être ajoutés au coté de lames existantes pour augmenter la capacité de broyage, ou retirés pour diminuer la capacité de broyage, le poids et l'encombrement
14. Ensemble de broyage en plusieurs étapes, comprenant plusieurs broyeurs selon l'une des revendications précédentes installés en série, caractérisé en ce que le broyât obtenue par un broyeur alimente le broyeur suivant de la série.
15. Installation de stérilisation de déchets médicaux, caractérisée en ce qu'elle comprend, comme unité placée en amont d'un appareil de stérilisation par micro- ondes, un broyeur selon l'une quelconque des revendications précédentes ou un ensemble de broyage selon la revendication 14.
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