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L'invention a trait à un agitateur à entraînement magnéti-
que et à un procédé de réglage du couple limite de transmission
d'effort d'un tel agitateur.
Des agitateurs sont classiquement utilisés pour brasser un
mélange situé à l'intérieur d'un récipient afin d'éviter une
décantation ou toute autre altération du mélange au cours du
temps. Un agitateur à entraînement magnétique présente l'avan-
tage que la mise en mouvement de l'hélice qu'il comprend est
réalisée par un couplage magnétique qui a lieu sans contact
physique entre deux parties tournantes dont l'une est entraînée
par l'arbre de sortie d'un moteur électrique alors que l'autre
est constituée par une hélice. Ceci permet de disposer la
partie associée à l'arbre du moteur électrique à l'extérieur du
récipient alors que l'hélice est installée à l'intérieur du
récipient. Tout danger de fuite au niveau de l'agitateur peut
ainsi être écarté. Ceci est particulièrement utile lorsque le
mélange est toxique ou lorsqu'une pollution de celui-ci par des
agents extérieurs doit être évitée comme, par exemple, dans le
cas d'une composition médicamenteuse.
Le couplage magnétique utilisé pour un agitateur indus-
triel doit être intense afin d'entraîner l'hélice de l'agita-
teur avec une force suffisante. Or, il est parfois nécessaire
de procédé au démontage de l'hélice, notamment pour des raisons
de maintenance ou d'inspection du récipient dans lequel est
formé le mélange. Il est ainsi courant de prévoir de nettoyer
l'hélice d'un agitateur et/ou de la stériliser à l'extérieur du
récipient à la fin de chaque lot de fabrication. Il est parfois
nécessaire de démonter l'hélice pour procéder à l'échange
standard de pièces d'usure telles que des paliers. Lorsqu'une
hélice à été démontée, elle doit être remise en place avec les
plus grandes précautions sur son support en évitant le plus
possible les heurts susceptibles d'endommager les pales, les
paliers et/ou la surface du récipient.
Les forces magnétiques nécessaires à l'entraînement de
l'hélice d'un agitateur industriel sont telles que l'effort que
doit exercer un opérateur pour retirer l'hélice est très
important, car cet effort doit vaincre à la fois le poids de
l'hélice et la force de couplage magnétique nécessaire à
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l'entraînement. Ceci est encore plus critique lors de la remise
en place de l'hélice, dans la mesure où, lors de la présenta-
tion de celle-ci, il arrive que l'effort magnétique soit si
intense que l'hélice échappe à l'opérateur et vienne se plaquer
violemment contre son support, ce qui a pour conséquence
d'endommager les paliers, voire de blesser l'opérateur.
En outre, il est particulièrement délicat pour un opéra-
teur de présenter l'hélice parfaitement alignée avec l'axe de
rotation de son rotor, de sorte que si celle-ci échappe à
l'opérateur du fait de la force magnétique qu'elle subit, elle
a tendance à être plaquée en biais sur son support, ce qui peut
conduire à la destruction d'une de ses pales, au marquage de la
surface interne de la cuve et/ou à l'endommagement d'un des
paliers. Pour pallier cet inconvénient, on peut envisager de.
démonter systématiquement l'ensemble d'entraînement de l'hélice
situé à l'extérieur du récipient, c'est-à-dire son moteur
d'entraînement et éventuellement le réducteur qui lui est
associé, afin de supprimer les efforts magnétiques exercés sur
l'hélice en cours de montage ou de démontage. Une telle
approche nécessite la manipulation par un opérateur de pièces
lourdes et encombrantes, ces pièces étant généralement situées
sous les cuves ou récipients de fabrication et d'accès diffici-
le. En outre, un tel démontage de ces systèmes d'entraînement
doit être suivi d'un remontage au cours duquel les axes des
pièces tournantes doivent être très précisément alignés, ce qui
n'est pas toujours possible compte tenu des difficultés d'accès
aux zones de remontage du moteur et de son éventuel réducteur.
De plus, le démontage de la partie extérieure de l'agitateur
revient à exposer à l'air libre le rotor d'entraînement
magnétique, ce rotor étant pourvu d'aimants permanents dont les
surfaces externes peuvent se couvrir d'impuretés magnétiques.
Compte tenu du faible jeu présent autour du rotor, ces impure-
tés peuvent conduire à un usinage des aimants et à un blocage
de l'agitateur.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement
remédier l'invention en proposant un agitateur à entraînement
magnétique dont l'hélice peut être aisément démontée et remise
en place, sans risque que les forces magnétiques qu'elle subit
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ne viennent perturber ces opérations et sans nécessiter le
démontage complet de la partie de l'agitateur extérieure au
récipient sur lequel il est monté.
Dans cet esprit, l'invention concerne un agitateur à
entraînement magnétique qui comprend une bride apte à être
montée de façon étanche dans une paroi d'un récipient et
pourvue d'un manchon borgne à l'intérieur duquel est logé un
rotor supportant un premier moyen de couplage magnétique, alors
qu'une hélice disposée autour de ce manchon est équipée d'un
second moyen de couplage magnétique pour l'entraînement de
cette hélice autour d'un axe de rotation. Cet agitateur est
caractérisé en ce que le rotor est mobile en translation,
parallèlement à cet axe à l'intérieur du manchon, entre une
première position où les premier et second moyens de couplage
sont en regard, de telle façon qu'ils coopèrent pour l'entraî-
nement en rotation de cette hélice, et une seconde position où
ils n'interagissent pas ou peu, de telle façon que cette hélice
peut être déplacée par rapport au manchon sans interaction
notable des premier et second moyens de couplage.
Grâce au caractère mobile en translation du rotor, celui-
ci peut être escamoté lors des opérations de montage et de
démontage de l'hélice, de telle façon que le moyen de couplage
magnétique qu'il supporte, tel que des aimants permanents, est
écarté des moyens de couplage qui équipent l'hélice d'une
distance suffisante pour éviter que la force magnétique entre
ces moyens de couplage ne vienne perturber le montage ou le
démontage de l'hélice. Le déplacement du rotor à l'intérieur du
manchon a lieu selon une direction correspondant au cisaille-
ment de l'entrefer entre les moyens de couplage magnétique,
c'est-à-dire en pratique entre les aimants permanents respecti-
vement associés au rotor et à l'hélice. Ce cisaillement
perpendiculaire à la force magnétique créée entre ces aimants
ne nécessite pas d'exercer un effort important dans la mesure
où cette force magnétique ne s'oppose pas à ce cisaillement. En
d'autres termes, le couplage magnétique entre les aimants du
rotor et de l'hélice est annihilé sans que ce couplage magnéti-
que s'oppose de façon importante à la translation du rotor.
Lors du montage ou du remontage de l'hélice, il suffit de
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placer celle-ci sur le manchon, puis de déplacer le rotor en
translation à l'intérieur du manchon jusqu'à ce que les aimants
qu'il porte soient au niveau ou en regard des aimants portés
par l'hélice. L'invention permet donc de mettre en place
l'hélice sans interférence avec les aimants du rotor, puis de
déplacer celui-ci jusqu'à ce qu'il puisse entraîner l'hélice,
ce déplacement étant réalisé selon une direction telle qu'il
n'est pas nécessaire de vaincre un effort magnétique intense.
Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le
rotor est déplacé en rotation autour de son axe et en transla-
tion parallèlement de cet axe, par un arbre d'entraînement lui-
même mobile en rotation autour de cet axe et en translation
parallèlement à cet axe, entre deux positions correspondant aux
première et seconde positions du rotor. On peut prévoir que le
rotor est pourvu d'un évidement central de réception d'une vis
de montage du rotor sur l'arbre, cette vis étant disposée
sensiblement selon l'axe précité.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le rotor
et/ou l'arbre d'entraînement sont aptes à être immobilisés,
dans leur mouvement de translation parallèlement à l'axe
précité, dans une position intermédiaire entré les première et
seconde positions. Cet aspect de l'invention permet d'envisager
d'utiliser l'agitateur alors que l'effort de couplage magnéti-
que entre le rotor et l'hélice est diminué par rapport à la
position où les moyens de couplage respectifs sont en regard,
de sorte que le couple d'entraînement de l'hélice est limité.
Ceci est avantageux lorsqu'on souhaite utiliser l'agitateur
avec un mélange dont la viscosité est variable, par exemple du
fait d'une réaction chimique. Dans ce cas, l'agitateur est
bloqué lorsque la viscosité du mélange est telle que le couple
pouvant être transmis à l'hélice est inférieur à celui qui
serait nécessaire pour la mettre en mouvement dans ce mélange.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'arbre
d'entraînement est monté coulissant à l'intérieur d'un arbre
creux de sortie d'un réducteur, ces arbres d'entraînement et
arbre creux étant solidaires en rotation. Par réducteur, on
entend tout dispositif de transmission d'un mouvement de
rotation, quel que soit son rapport de réduction. Il peut en
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particulier s'agir d'un renvoi d'angle de rapport 1/1. On peut
prévoir que l'arbre creux porte un écrou dont le filet interne
est apte à coopérer avec un filet externe d'une tige filetée
solidaire de l'arbre d'entraînement. Ceci permet de créer un
5 système, à écrou et vis sans fin, de réglage de la position en
translation de l'arbre d'entraînement et du rotor. La tige
filetée est avantageusement pourvue, au niveau d'une de ses
extrémités dépassant à l'extérieur de l'arbre creux, de moyens
de commande de sa rotation autour de son axe. Dans ce cas, un
capot de protection de cette extrémité de la tige filetée et de
ces moyens de commande peut être prévu, ce capot étant monté de
façon amovible sur le réducteur.
Selon une variante de réalisation de l'invention, le rotor
peut être commandé en translation selon l'axe précité par un
vérin pneumatique ou hydraulique.
L'invention concerne également un procédé de réglage du
couple limite de transmission d'effort d'un agitateur tel que
précédemment décrit, qui consiste à régler la position du rotor
le long de cet axe, de telle sorte que les premier et second
moyens de couplage magnétique soient plus ou moins en regard.
Grâce au procédé de l'invention, le couple transmissible entre
le rotor et l'hélice est plus ou moins important, comme indiqué
ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de
celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un
agitateur à entraînement magnétique conforme à son principe et
de leur procédé de réglage, donnée uniquement à titre d'exemple
et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique de
principe d'un récipient pour mélange équipé d'un agitateur
conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle du
détail II à la figure 1, l'agitateur étant représenté en coupe,
dans une première position ;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2,
alors que l'agitateur est dans une seconde position et
- la figure 4 est une vue partielle de la partie
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inférieure d'un agitateur conforme à un second mode de réalisa-
tion de l'invention.
A la figure 1, un récipient 1 est formé d'une cuve 2 dans
laquelle est disposé un mélange 3, alors qu'un couvercle 4 est
prévu pour obturer une ouverture supérieure de la cuve.
Dans la paroi de fond 2a de la cuve 2 est disposée une
bride 5 en matériau amagnétique supportant un réducteur 6 et un
moteur électrique 7, situés à l'extérieur de la cuve 2. Une
hélice 8 est disposée à l'intérieur de la cuve 2, dans le
mélange 3. La mise en rotation de l'hélice 8 par le moteur 7
résulte dans un déplacement de ses pales 8a, dont deux sont
visibles sur les figures, autour d'un axe de rotation X-X', ce
qui a pour effet de brasser le mélange 3.
La bride 5 forme un manchon borgne 10 qui se prolonge à
l'intérieur de la cuve 2. Un palier.11 est monté sur l'extré-
mité l0a du manchon 10 grâce à un axe 12 dont l'extrémité
filetée 12a est reçue dans un taraudage lOb de l'extrémité l0a
du manchon 10. Le palier 11 supporte une douille 13 dont la
surface extérieure 13a constitue une surface de palier.
L'hélice 8 comprend une tête 14 formée d'une bague 15 dont la
surface circulaire interne 15a est destinée à s'emboîter autour
de la surface 13a de la douille 13. Un palier lisse est ainsi
réalisé par contact, par exemple métal-métal, entre les
surfaces 13a et 15a.
Trois branches, dont deux sont visibles sur les figures
avec la référence 15b, et qui sont régulièrement réparties à la
périphérie de la bague 15, s'étendent vers l'extérieur à partir
de celle-ci et supportent un fourreau 16 disposé autour du
manchon borgne 10. Les pales 8a de l'hélice 8 sont soudées sur
l'extérieur du fourreau 16. Ce fourreau 16 porte, sur sa
surface interne 16a dirigée vers le manchon 10, deux rangées
d'aimants permanents 17 dont la polarité nord-sud est dirigée
selon des directions A-A' et B-B' globalement perpendiculaires
à l'axe X-X'.
Un rotor 20 est disposé à l'intérieur du manchon 10 et
comprend une première partie en forme de douille 20a sur la
surface externe 20b de laquelle sont montés des aimants
permanents 21 alignés avec les aimants 17, dans la configura-
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tion de la figure 2. Dans cette configuration, les directions
C-C' et D-D' de polarité des aimants 21 sont sensiblement
alignées avec les directions A-A' et B-B' . Le rotor 20 est
prévu pour tourner autour de l'axe X-X' et entraîner, grâce au
couplage magnétique réalisé entre les aimants 21 et 17,
l'hélice 8 en rotation autour de cet axe.
Le rotor 20 est rendu solidaire d'un arbre d'entraînement
22 grâce à une vis 23 disposée dans l'évidement central 20c de
la douille 20a selon l'axe X-X' et pénétrant dans un taraudage
d'extrémité 22a de l'arbre 22. Le rotor 20 est pourvu d'un
alésage axial 20d de réception de l'extrémité 22b de l'arbre 22
dans laquelle est ménagé le taraudage 22a. Une vis 24 est
disposée dans un perçage radial de la partie du rotor 20 dans
laquelle est ménagé l'alésage 20d, de façon à venir en appui
contre la surface radiale externe de l'extrémité 22b de l'arbre
22, de façon à immobiliser en rotation les éléments 20 et 22.
La bride 5 est solidaire d'une entretoise 25 sur laquelle
est monté le réducteur 6. L'entretoise 25 définit un logement
cylindrique 26 de réception de l'arbre 22.
Un arbre de sortie 27 du réducteur 6 est entraîné par des
pignons 28 et 29, le pignon 29 étant en prise, grâce à un arbre
30, avec l'arbre de sortie 31 du moteur 7. L'arbre 27 est creux
et définit un volume interne dans lequel peut coulisser l'arbre
22, les arbres 22 et 27 étant solidaires en rotation grâce à
une clavette 32. Ainsi, l'arbre 22 peut coulisser à l'intérieur
de l'arbre 27 et être entraîné en rotation par celui-ci, grâce
à la clavette 32. On note 27a une rainure longitudinale de
l'arbre 27 dans laquelle peut coulisser la clavette 32.
L'extrémité 22c de l'arbre 22 opposée au rotor 20 est
solidaire d'une tige filetée 33 dont une première extrémité 33a
est prévue pour pénétrer dans un logement 22d de l'extrémité
22c. Deux vis 34 servent à immobiliser axialement l'extrémité
33a de la tige 33 à l'intérieur du logement 22d.
La seconde extrémité 33b de la tige 33 coopère avec un
écrou 35 fixé à l'extrémité de l'arbre 27 opposée à l'entre-
toise 25. Un écrou 36 est immobilisé sur l'extrémité 32b de la
tige 33 grâce à une goupille 37. Il est ainsi possible d'en-
traîner en rotation la tige filetée 33 à l'intérieur de l'écrou
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35 grâce à l'écrou 36. On a ainsi constitué un système vis-
écrou qui, du fait de la position fixe en translation de
l'écrou 35 par rapport à l'axe X-X', permet de commander le
déplacement en translation de la tige 33, de l'arbre 22 et du
rotor 20 entre les deux positions respectivement représentées
aux figures 2 et 3. L'écrou 36 constitue donc un moyen de
commande du déplacement de ces éléments selon l'axe X-X'.
Un capot 38 est monté sur le réducteur 6 autour de
l'extrémité 33b de la tige filetée 33 afin de protéger les
éléments 35 à 37. Le capot 38, réalisé en métal ou en matière
plastique, peut être vissé ou clipsé sur le réducteur 6.
Le fonctionnement est le suivant :
A partir de la position de la figure 2, et lorsqu'il est
nécessaire de démonter l'hélice 8, on retire le capot 38 et on
manoeuvre l'écrou 36 avec un clé dans un sens de dévissage de
la tige 33 par rapport à l'écrou 35, de telle sorte que cette
tige est progressivement extraite à l'extérieur du tube 27, ce
qui a pour conséquence d'entraîner l'arbre 22 en direction de
l'écrou 35 jusqu'à la position représentée à la figure 3. Dans
cette position, les aimants 17 et 21 ne sont plus en regard,
puisque la douille 20a du rotor 20 est parvenue dans une partie
du volume intérieur du manchon 10 situé à l'extérieur de la
cuve 2. Dans cette position, les directions de polarité C-C' et
D-D' des aimants 21 sont décalées par rapport aux directions de
polarité A-A et B-B' des aimants 17 d'une distance d telle que
l'effort de couplage magnétique entre ces aimants est pratique-
ment nul. En d'autres termes, il n'existe alors pas d'interac-
tion magnétique notable entre les aimants 17 et 21. L'hélice 8
peut donc être retirée, sans que les forces magnétiques
exercées entre les aimants 17 et 21 ne s'y opposent de façon
sensible.
A la fin des opérations de nettoyage et/ou de maintenance,
l'hélice 8 peut être remise en place sans que ne s'exerce sur
les aimants 17 un effort d'attraction trop important dû aux
aimants 21.
Il est alors possible de manoeuvrer l'écrou 36 dans le
sens inverse de celui évoqué précédemment, de telle sorte que
la tige filetée 33 pénètre à nouveau à l'intérieur du tube 27
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et que le rotor 20 est poussé par l'arbre 22 jusqu'à la
position de la figure 2 dans laquelle les aimants 17 et 21 sont
à nouveau en regard.
Le déplacement des aimants 21 par rapport aux aimants 17
a lieu perpendiculairement aux efforts d'attraction magnétique
qui s'exercent entre ces éléments de couplage magnétique, de
sorte que ces efforts ne doivent pas être vaincus alors qu'ils
peuvent être particulièrement importants si l'entrefer entre
les aimants est réduit. On travaille ici en cisaillement de ces
efforts et la manoeuvre du rotor 20 entre les positions des
figures 2 et 3 est relativement aisée. De plus, une démulti-
plication importante peut être obtenue en fonction du pas du
filet de la tige 33 et de l'écrou 35.
Lors de la remontée du rotor 20 à l'intérieur du manchon
10, il est possible d'interrompre la rotation de la tige
filetée 33 dans une position intermédiaire entre celles des
figures 2 et 3, une fraction seulement des aimants 21 parvenant
au niveau des aimants 17 les plus près du fond de la cuve 2.
Dans ces conditions, le couple maximum qui peut être transmis
entre le rotor 20 et le fourreau 16 de l'hélice 8 est moins
important que dans la position de la figure 2, ce qui s'avère
utile lorsqu'on veut limiter le couple pouvant être transmis à
l'hélice 8, notamment dans le cas d'un mélange 3 dont la
viscosité évolue en fonction du temps, par exemple du fait
d'une réaction chimique modifiant cette viscosité. Il est ainsi
possible d'éviter l'agitation du mélange à la fin d'une
réaction chimique, c'est-à-dire lorsque cette viscosité a
atteint une valeur prédéterminée. La valeur du couple maximum
transmissible dépend de la proportion des aimants 17 et 21 qui
sont en regard et créent un effort de couplage magnétique
partiel. Il est possible d'étalonner l'agitateur de l'invention
pour déterminer le couple maximum transmissible en fonction de
la position du rotor 20. Après cet étalonnage, on peut graduer
la tige 33, ce qui permet à un utilisateur de la déplacer vers
l'intérieur du tube 27 en fonction du couple limite ou maximum
souhaité.
Un dispositif non représenté de détection du mouvement
effectif de l'hélice 8 peut être associé à l'agitateur de
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l'invention pour que l'opérateur soit prévenu lorsque l'hélice
8 ne tourne plus alors que le moteur 6 fonctionne, une telle
situation correspondant à une valeur prédéterminée de viscosité
pour le mélange 3. L'arrêt du moteur 7 peut être programmé dans
5 ces conditions.
Lorsque le rotor est positionné dans sa position d'entraî-
nement de l'hélice 8, qu'il s'agisse de la position de la
figure 2 ou d'une position intermédiaire, le capot 38 est
remonté sur le réducteur 6.
10 Dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la
figure 4, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation
des figures 1 à 3 portent des références identiques. L'agita-
teur de ce second mode de réalisation diffère du précédent
essentiellement en ce que l'extrémité 33b d'une tige 33', qui
n'est pas filetée, est solidaire d'un piston 50 mobile en
translation selon l'axe X-X' à l'intérieur d'un cylindre 51,
les éléments 50 et 51 appartenant à un vérin pneumatique 52
alimenté en air grâce à deux conduits 53 et 54. En fonction des
pressions régnant respectivement dans les chambres définies à
l'intérieur du cylindre 51 de part et d'autre du piston 50, la
tige 33 est déplacée selon l'axe X-X', ce qui permet de
déplacer les aimants 21 du rotor 20 par rapport aux aimants 17
du fourreau 16, comme dans le premier mode de réalisation.
Bien entendu, le vérin 52 pourrait également être un vérin
hydraulique.
L'utilisation d'un vérin permet une manoeuvre rapide du
rotor 20 à l'intérieur du manchon 10, une telle manoeuvre
pouvant être automatisée.
D'autres systèmes de commande du déplacement du rotor 20
à l'intérieur du manchon 10 peuvent être envisagés, notamment
un système à ressorts où à cames.
Dans tous les cas, le procédé de réglage du couple limite
de transmission d'effort précédemment décrit demeure applica-
ble.
