La présente invention concerne un dispositif de fabrication de pastilles par compression de poudre, tel qu'une presse.
De façon connue, un dispositif de fabrication de pastilles à partir de poudre comprend trois plateaux superposés horizontalement se déplaçant simultanément en rotation autour d'un axe d'entraînement vertical.
La
Le plateau intermédiaire 2 présente sur une zone périphérique un ensemble de matrices traversantes 3.
Le plateau supérieur 4 présente un ensemble de logements traversants 5, chaque logement étant en regard d'une matrice 3 du plateau intermédiaire 2 et permettant de loger un porte-poinçon 6 à l'extrémité inférieure duquel est fixé un poinçon supérieur 7, qui est ainsi mobile en translation dans l'axe A d'une matrice du plateau intermédiaire 2.
De la même façon, le plateau inférieur 8 présente un ensemble de logements traversants 9, chaque logement étant en regard d'une matrice 3 du plateau intermédiaire 2 et permettant de loger un porte-poinçon 9 à l'extrémité supérieure duquel est fixé un poinçon inférieur 10, qui est ainsi mobile en translation dans l'axe A d'une matrice 3 du plateau intermédiaire 2.
Les extrémités respectives des poinçons supérieur 7 et inférieur 10 présentent une section de forme et de dimensions complémentaires à la section d'une matrice 3 du plateau intermédiaire, afin de pouvoir pénétrer dans cette matrice et de contenir la poudre entre la paroi de la matrice et les faces d'extrémité des poinçons.
Le dispositif comprend également des moyens de guidage en translation verticale des poinçons supérieurs et inférieurs, non représentés sur la
En particulier, Les moyens de guidage des poinçons supérieurs permettent de sortir le poinçon supérieur de la matrice afin de remplir celle-ci de poudre destinée à former la pastille. Les moyens de guidage inférieurs permettent de maintenir le poinçon inférieur dans la matrice et de pousser le poinçon inférieur jusqu'à ce que celui-ci traverse complètement la matrice afin de pouvoir évacuer une pastille formée.
D'autre part des moyens de compression, constitués de galets inférieurs 12 et supérieurs 13, situés verticalement en regard au dessous du plateau inférieur et au dessus du plateau supérieur, permettent de réaliser la formation d'une pastille par compression, en exerçant simultanément une pression sur l'extrémité de chaque porte-poinçon respectivement supérieur 6 et inférieur 9 opposée à celle où est fixée le poinçon, lorsqu'une quantité appropriée de poudre est maintenue dans une matrice 3, contenue entre la face supérieure du poinçon inférieur 9 et la face inférieure du poinçon supérieur 7.
Les galets de compression sont fixes, par rapport au mouvement horizontal de rotation des plateaux, le porte-poinçon suivant le mouvement de rotation horizontal des plateaux 2, 4, 8, indiqué sur la
Ainsi, lors de la rotation du plateau, les étapes suivantes peuvent être réalisées :
En variante, il est connu d'utiliser un dispositif dans lequel poinçon et porte-poinçon sont une pièce unique.
Il est à noter que la matrice présente une forme très légèrement conique à proximité de son ouverture supérieure facilitant l'entrée et la sortie du poinçon supérieur en le guidant, cette conicité n'étant pas représentée sur la
Ce type de dispositif donne satisfaction pour la réalisation de pastilles de type usuel, et permet d'obtenir des pressions importantes par la présence de deux poinçons, et de garantir des cadences élevées par son automatisation.
Toutefois, et en particulier dans le cas de pastilles de grand diamètre impliquant d'utiliser des efforts de compression importants, les conditions spécifiques ou la nature du matériau à comprimer conduisent à un collage d'une partie de la pastille au poinçon, et en particulier sur le poinçon supérieur lorsque celui-ci sort de la matrice après compression et avant évacuation de la pastille. Ceci constitue un problème technique important car la pastille est alors inutilisable, et le poinçon doit être nettoyé.
D'autre part, la légère conicité de la partie supérieure de la matrice empêche, notamment lorsque la matrice est usée, la réalisation de pastilles aux arêtes supérieures vives, car la pastille est réalisée dans une zone de la matrice à parois non parallèles sur sa partie haute. Il en résulte un aspect dégradé de la pastille, et un manque de précision dans sa forme.
Par ailleurs, on connaît du document
Cette structure présente deux inconvénients majeurs. D'une part, la vitesse angulaire d'un point de l'outil supérieur varie selon que ce point se situe au voisinage de l'axe de rotation ou à la périphérie de l'outil, ce qui conduit à l'obtention de pastilles présentant des états de surface différents, et nuit donc à la qualité et à la reproductibilité. D'autre part, toutes les matrices se trouvent nécessairement dans la même étape de fabrication. Il n'est donc pas possible de prévoir des postes successifs de remplissage d'une matrice, compression de la poudre, éjection des pastilles où passeraient successivement les matrices par rotation du plateau dans lequel elles sont pratiquées.
Le document
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L'invention a pour but de fournir une solution remédiant au problème de collage des pastilles, et qui permette une fabrication à cadences élevées.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif de fabrication de pastilles par compression conforme à la revendication 1.
Puisque le second outil ne pénètre pas dans la matrice, il est possible de créer un mouvement relatif de cet outil par rapport à la pastille qui provoque un effet de cisaillement entre la face d'extrémité de l'outil et la pastille en formation. Le cisaillement permet ainsi d'éviter le collage de la pastille sur l'outil. L'invention, en permettant de limiter, voire de supprimer les problèmes d'adhérence, évite les arrachements de matière. En conséquence, il est possible de réaliser des arêtes vives sur la face de la pastille formée par le second outil.
Le fait que le second outil ne pénètre pas dans la matrice présente également les avantages suivants :
Par ailleurs, les outils étant animés chacun d'un mouvement propre par rapport à la matrice correspondante, il est possible de réaliser des étapes différentes de fabrication dans les différentes matrices du support, voir des produits de types différents.
Enfin, l'invention permet d'utiliser un fonctionnement à double poinçon, permettant l'application de pressions importantes et une cadence de travail élevée.
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Par exemple, chaque matrice présente un axe sensiblement perpendiculaire au plan de la seconde ouverture et l'axe de rotation de chacun des seconds outils est sensiblement confondu avec l'axe de la matrice en regard de laquelle il est disposé, lorsqu'il est en position d'obturation.
Le mouvement de rotation est particulièrement adapté à cette application. Cela ne limite pas la forme de la matrice, du fait que le second outil est situé à l'extérieur de la matrice. Celle-ci peut donc présenter une section non circulaire, vue en coupe perpendiculairement à l'axe. Le dispositif selon l'invention est donc particulièrement adapté aux pastilles présentant une section non circulaire, mais il peut bien sûr être utilisé pour la réalisation de pastilles de section circulaire.
Le dispositif peut comporter des premiers et seconds moyens de compression, permettant d'appliquer simultanément une pression sur les premier et second outils, en sens opposés, le compartiment formé par les parois de la matrice et l'extrémité de chacun des outils étant ainsi comprimé, les seconds moyens de compression étant aptes à maintenir la face d'extrémité du second outil au contact de la seconde ouverture de la matrice sans solliciter, dans cette position d'obturation, un déplacement du second outil vers le support (en particulier perpendiculairement à la seconde ouverture).
Les seconds moyens de compression sont de préférence disposés à une distance (D) de la seconde ouverture sensiblement égale à la longueur du second outil, c'est-à-dire disposés par rapport au support de sorte que la distance minimale entre le point de contact entre le second outil et les seconds moyens de compression d'une part et la seconde ouverture de la matrice d'autre part soit égale à la distance de ce point sur l'outil à l'ouverture en l'absence de contact avec les seconds moyens de compression.
Les moyens de compression peuvent être constitués par des galets situés de part et d'autre du support.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins un couple de premiers et seconds moyens de précompression, permettant d'appliquer simultanément une pression inférieure à la pression appliquée par les moyens de compression sur les premier et second outils, en sens opposés, le compartiment formé par les parois de la matrice, et l'extrémité de chacun des outils étant ainsi comprimé, les seconds moyens de précompression étant aptes à maintenir la face d'extrémité du second outil au contact de la seconde ouverture de la matrice sans solliciter, dans cette position d'obturation, un déplacement du second outil vers le support.
Les seconds moyens de précompression sont de préférence disposés par rapport au support de façon à ce que la distance minimale entre le point de contact entre le second outil et les seconds moyens de précompression d'une part et la seconde ouverture de la matrice d'autre part soit égale à la distance de ce point sur l'outil à l'ouverture en l'absence de contact avec les seconds moyens de précompression (c'est-à-dire que les seconds moyens de précompression sont disposés à une distance (D) de la seconde ouverture sensiblement égale à la longueur du second outil).
Les moyens de précompression peuvent être constitués par des galets situés de part et d'autre du support.
Le dispositif peut comporter au moins un couple de premiers et seconds moyens de maintien en pression, situé entre les moyens de précompression et les moyens de compression lesdits moyens de maintien en pression permettant de maintenir la pression établie par les moyens de précompression par un appui simultané sur les premier et second outils, en sens opposés, les seconds moyens de précompression étant aptes à maintenir la face d'extrémité du second outil au contact de la seconde ouverture de la matrice sans solliciter, dans cette position d'obturation, un déplacement du second outil vers le support.
Les seconds moyens de maintien en pression sont de préférence disposés à une distance (D) de la seconde ouverture sensiblement égale à la longueur du second outil, c'est-à-dire disposés par rapport au support de façon à ce que la distance minimale entre le point de contact entre le second outil et les seconds moyens de maintien en pression d'une part et la seconde ouverture de la matrice d'autre part soit égale à la distance de ce point sur l'outil à l'ouverture en l'absence de contact avec les seconds moyens de maintien en pression.
Les moyens de maintien en pression peuvent être constitués par des rampes situées de part et d'autre du support.
Selon une variante, les moyens de maintien en pression et les moyens de précompression situés d'un même côté du support sont constitués par une seule rampe, articulée ou non.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'entraînement en rotation du second outil sont constitués par un décalage, par rapport à l'axe de rotation du second outil, du point de contact entre le second outil et les seconds moyens de compression, et/ou de précompression et/ou de maintien en pression, le second outil étant en déplacement relatif par rapport à ces moyens.
La matrice est par exemple de section circulaire, le premier outil étant au moins en partie mobile en rotation autour de l'axe de cette matrice, le dispositif pouvant comporter des moyens d'entraînement en rotation du premier outil.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'entraînement en rotation du premier outil sont constitués par un décalage, par rapport à l'axe de rotation du second outil, du point de contact entre le premier outil et les seconds moyens de compression, et/ou de précompression et/ou de maintien en pression, le premier outil étant en déplacement relatif par rapport à ces moyens.
Les moyens d'entraînement en rotation d'un outil sont constitués par des moyens d'entraînement en rotation relative du poinçon par rapport au porte-poinçon.
Par exemple, au moins un outil comporte un poinçon et un porte-poinçon.
Selon une réalisation possible, le dispositif comporte au moins un galet disposé d'un côté du support et à une distance de celui-ci sensiblement égale à la longueur du second outil, le support est entraîné en rotation autour de son axe par rapport au galet, les seconds outils étant engagés chacun dans un logement de guidage ménagé sensiblement perpendiculairement à la seconde ouverture et parallèlement à l'axe du support dans un plateau solidaire du support en rotation, le galet étant disposé de sorte que, lors de la rotation du support et des seconds outils autour de l'axe du support, le point de contact entre ledit galet et un second outil soit décalé transversalement par rapport à l'axe du logement, afin de provoquer la rotation dudit second outil autour de l'axe du logement.
Le premier outil peut être situé en dessous du support et le second outil au dessus du support.
On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées :
Comme représenté sur les
Les plateaux 14, 18 et 23 sont solidaires en rotation R1 autour d'un axe 21, lesdits plateaux étant disposés les uns par rapport aux autres de sorte que l'axe A d'une matrice 15 donnée soit sensiblement confondu avec l'axe des logements 19, 24 correspondants. Dans la réalisation représentée, les plateaux sont en forme de disque d'axe 21.
Le dispositif 1 comporte ainsi un premier outil de compression, constitué par un poinçon inférieur 26 fixé sur le porte-poinçon inférieur 25. Le poinçon inférieur 26 est engagé par l'ouverture inférieure 17 de la matrice 15 et présente une section perpendiculairement à l'axe A de forme et de dimensions complémentaires à la section de l'ouverture inférieure 17, de façon à maintenir la poudre à l'intérieur de la matrice 15.
Le dispositif 1 comprend de plus un second outil de compression, constitué par le poinçon supérieur 22 fixé sur le porte-poinçon supérieur 20, de dimension supérieure à la seconde ouverture, à savoir l'ouverture supérieure 16, et pouvant obturer celle-ci.
Le poinçon supérieur peut, comme dans les dispositifs de l'art antérieur, être soulevé au dessus de l'ouverture supérieure 16 par des moyens de guidage en translation verticale appropriés, afin que l'on puisse remplir la matrice 15 avec une poudre destinée à former le matériau d'une couche ou de la totalité de la pastille, ou éjecter la pastille 31 formée.
Selon l'invention, lors d'une étape de compression, le poinçon supérieur 22 ne pénètre pas dans la matrice 15, mais il est appliqué et maintenu au contact de la seconde ouverture supérieure 16, dans une position d'obturation, par des moyens de compression, constitués par un galet de compression supérieur 27 coopérant avec l'extrémité du porte-poinçon 20 opposée à l'extrémité sur laquelle est fixée le poinçon 22, c'est-à-dire l'extrémité supérieure.
Le galet de compression supérieur 27 est situé à une distance du plateau intermédiaire 14 telle que la distance D verticale entre le point de contact P entre le porte-poinçon 20 et le galet 27 et l'ouverture supérieure 16 de la matrice 15 soit égale à la distance de ce point P à l'ouverture 16 en l'absence de contact avec le galet 27, afin de ne pas entraîner l'ensemble porte-poinçon 20 et poinçon 22 supérieurs en translation verticale vers le bas, ce qui endommagerait le plateau intermédiaire 14.
Un galet de compression inférieur 28, situé en dessous du plateau inférieur 23, peut coopérer, comme dans les dispositifs de l'art antérieur, avec l'extrémité du porte-poinçon inférieur 25 opposée à celle ou est fixée le poinçon inférieur 26, c'est-à-dire l'extrémité inférieure, en exerçant une pression sur cette extrémité. Le poinçon inférieur 26 se déplace ainsi en translation verticale vers le haut selon l'axe A, dans la matrice 15 et comprime la poudre afin de réaliser une pastille 31.
La fonction du galet de compression 27 est ainsi de constituer une résistance à la pression exercée par le galet de compression inférieur 28, pour maintenir le poinçon supérieur 22 au contact de l'ouverture supérieure 16, garantissant ainsi l'étanchéité du compartiment formé par la paroi de la matrice 15, la face supérieure du poinçon inférieur 26 et la face inférieure du poinçon supérieur 22.
Puisque le poinçon supérieur 22 est situé à l'extérieur de la matrice, il peut être mobile en rotation autour d'un axe, et notamment de l'axe A, quelle que soit la forme de la matrice 15, qui peut présenter une section non circulaire, vue en coupe perpendiculairement à l'axe A.
La rotation du poinçon supérieur 22 provoque un mouvement de cisaillement entre la face d'extrémité du poinçon et la face supérieure de la pastille 31 en formation, ce qui permet d'éviter le collage de la pastille 31 sur le poinçon 22.
Le dispositif 1 comprend des moyens d'entraînement en rotation du poinçon supérieur selon l'axe A, constitués dans ce mode de réalisation par un décalage horizontal d par rapport à l'axe A du point de contact P entre le galet de compression supérieur 27 et le porte-poinçon supérieur 22, comme illustré sur la
Le porte-poinçon 20 suivant le mouvement de rotation horizontal des plateaux 14, 18, 23, indiqué sur les figures par la flèche R1, et le galet 27 n'étant pas animé d'un mouvement de déplacement horizontal, le décalage d du point de contact P par rapport à l'axe A permet de créer un mouvement de rotation du porte-poinçon par rapport à l'axe A, comme représenté par la flèche R2.
Selon un second mode de réalisation, représenté sur la
Le dispositif 1 comporte de plus, en amont des galets de compression 27, 28 par rapport au sens de rotation (R1) des plateaux 14, 18, 23, un couple de galets de précompression supérieur 29 et inférieur 30, situés verticalement en regard l'un de l'autre, respectivement au dessus du plateau supérieur 18 et en dessous du plateau inférieur 23, ces éléments étant fixes par rapport au mouvement horizontal (R1) de rotation des plateaux 14, 18, 23.
Le galet supérieur de précompression 29 coopère avec l'extrémité supérieure du porte-poinçon supérieur 20, ce galet 29 étant disposé à une distance du plateau intermédiaire 14 telle que le point de contact entre le galet 29 et le porte poinçon 20 soit situé à la distance verticale D définie précédemment par rapport à l'ouverture supérieure 16 de la matrice 15, afin de ne pas entraîner l'ensemble porte-poinçon 20 et poinçon 22 supérieurs en translation verticale vers le bas, ce qui endommagerait le plateau intermédiaire 14.
Entre le galet de précompression supérieur 29 et le galet de compression supérieur 27, le dispositif 1 comprend une rampe de maintien en pression 32, dont le point de contact avec l'extrémité supérieure du porte-poinçon supérieur 22 est situé à la distance verticale D, également afin de ne pas entraîner l'ensemble porte-poinçon 20 et poinçon 22 supérieurs en translation verticale vers le bas, ce qui endommagerait le plateau intermédiaire 14.
En dessous du plateau inférieur 23, le galet de précompression 30 inférieur destiné à coopérer avec l'extrémité inférieure d'un porte-poinçon inférieur 26 est disposé de façon à déplacer verticalement le poinçon inférieur 26 dans la matrice de façon à établir une première pression de compression, supérieure à la pression établie en amont du passage du poinçon 26 en regard du galet de précompression 30.
La fonction du galet de précompression supérieur 29 est ainsi de constituer une résistance à la pression exercée par le galet de précompression inférieur 30, pour maintenir le poinçon supérieur 22 au contact de l'ouverture supérieure 16, garantissant ainsi l'étanchéité du compartiment formé par la paroi de la matrice 15, la face supérieure du poinçon inférieur 26 et la face inférieure du poinçon supérieur 22.
Entre le galet de précompression inférieur 30 et le galet de compression 28, le dispositif comprend une rampe de maintien en pression inférieure 33, destinée à coopérer avec l'extrémité inférieure d'un porte-poinçon inférieur 26 et qui permet de conserver la pression établie par les galets de précompression 29, 30.
La distance verticale D1 entre le point de contact entre la rampe 33 et le porte-poinçon inférieur 26 d'une part, et l'ouverture inférieure 17 d'une matrice 15 d'autre part est égale à la distance verticale entre le point de contact entre le galet de précompression inférieur 30 et le porte-poinçon inférieur 26 d'une part, et l'ouverture inférieure 17 d'une matrice 15 d'autre part.
Cette distance est supérieure à la distance D2 entre le point de contact entre le galet de compression inférieur 28 et le porte-poinçon inférieur 26 d'une part, et l'ouverture inférieure 17 d'une matrice 15 d'autre part, le galet de compression inférieur 27 imposant une pression supérieure au galet de précompression 30 et à la rampe 33.
Le point de contact entre la rampe supérieure 32 et le porte-poinçon supérieur 22 présente un décalage horizontal par rapport à l'axe A.
Le porte-poinçon supérieur 22 suivant le mouvement de rotation horizontal (R1) des plateaux 14, 18, 23, et le galet 27 n'étant pas animé d'un mouvement horizontal, le décalage du point de contact par rapport à l'axe A permet de créer un mouvement de rotation (R2) du porte-poinçon par rapport à l'axe A.
De la même façon, un tel décalage peut être réalisé au niveau du galet de précompression supérieur 29.
Ainsi le mouvement de cisaillement entre la face d'extrémité du poinçon, permettant d'éviter le collage de la pastille sur le poinçon peut être réalisé sur l'ensemble des étapes de précompression, de maintien en pression et de compression.
D'autre part la présence du galet de précompression supérieur 29 et de la rampe de maintien en pression 32 permet de garantir l'étanchéité pendant les étapes citées ci-dessus, le poinçon supérieur 22 étant appliqué et maintenu au contact de la seconde ouverture supérieure 16.
Le dispositif tel que décrit permet d'appliquer des efforts de compression jusqu'à des valeurs de l'ordre de 150 à 200 kN, dans le cas de pastille pouvant atteindre 55 ou 60 mm de diamètre, et des valeurs de l'ordre de 600kN, dans le cas de pastille atteignant jusqu'à 100 mm.
Il doit être noté que la face du poinçon supérieur 22 obturant l'ouverture supérieure 16 de la matrice 15 peut être plane comme dans le mode de réalisation représenté sur les figures, mais peut également, dans le cas d'un poinçon entraîné en rotation autour d'un axe A, présenter un profil présentant une symétrie de révolution par rapport à l'axe A.
Selon une variante, un galet de précompression et une rampe situés du même côté du support peuvent être remplacés par une rampe articulée ou non, permettant d'appliquer une pression sur les poinçons.
Selon une autre variante, des moyens de rotation différents peuvent être mis en oeuvre, permettant notamment d'assurer une vitesse de rotation supérieure, avec des moyens d'entraînement dédiés. En particulier, ces moyens peuvent permettre la rotation relative du poinçon par rapport au porte-poinçon.
Selon encore une autre variante, dans le cas où la matrice présente une section circulaire, vue en coupe perpendiculairement à l'axe, le point d'appui des galets de précompression, de la rampe et du galet de compression inférieurs est décalé par rapport à l'axe, entraînant ainsi une rotation du poinçon inférieur également.
Comme il va se soi, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus, à titre d'exemple non limitatif ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation dans le cadre des revendications ci-après.
En particulier, dans les modes de réalisation présentés ci-dessus, les outils sont constitués d'un porte-poinçon et d'un poinçon. Il est toutefois évident pour l'homme du métier de remplacer ces outils par un outil ne présentant qu'une pièce unique.
Par ailleurs, dans les modes de réalisation de l'invention précédemment décrits, la matrice est fixe. Toutefois, selon un mode particulier de réalisation, la matrice peut glisser sur des guides parallèles à son axe principal, afin d'accompagner le mouvement du second outil de compression. Ce mouvement peut se produire soit de façon passive, sous la pression de déplacement exercée par le second outil, soit de façon active. Ce mode particulier de l'invention permet d'appliquer une pression encore plus efficace sur la pastille, au moyen du second outil, et permet tous les mode de réalisation de la matrice fixe.
Dans le cas du mode de déplacement passif, un mode de réalisation plus spécifique consiste à équiper la matrice de moyens de rappel générant une force élastique faible opposée au sens de déplacement du second outil de compression et permettant le retour de la matrice à sa position d'origine en fin de cycle de compression. En variante, le mouvement de la matrice peut être assuré par des rampes.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.