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"Procédé et machine pour la soudure d'éléments minces en matière thermo-plastique".
Il est bien connu des hommes de métier que, dans l'in- dustrie de la transformation des matières premières constituées par des films pleins ou ajourés, des gaines, des résilles ou produits similaires, par exemple du type thermo-plastique ré- ticulé , la fermeture résistante et pratiquement à l'abri de changement structurels est l'un des problèmes les plus impor- tants et aussi de ceux qui limitent les champs d'application souvent très vastes de ces produits.
Ce problème est rendu difficile par le fait qu'au moins l'une des dimensions des éléments à solidariser par thermo-sou- dure est extrêmement réduite. Il en résulte que, non seulement de tels produits ne présentent, en section, que des surfaces
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extrêmement réduites, mais aussi que, par cette exiguïté, ces parties de matière sont extrêmement vulnérables, notamment sous les effets d'un chauffage quasi instantané.
Ces défauts se manifestent généralement soit par des soudures imparfaites, soit par la constatation d'un vieillisse- ment très rapide de la matière au droit des thermo-soudures, ce qui est d'autant plus préjudiciable que ce vieillissement se constate soit après un certain- temps de stockage des emballa- ges, au moment où l'on en a un besoin immédiat, soit lorsque les produits sont emballés et emmagasinés pendant un certain temps.
D'une manière générale, de telles soudures sont exécu- tées par l'application, sur les éléments à solidariser, d'élé- ments chauffants élevant la matière sous-jacente à la tempéra- ture à laquelle elle est rendue plastique; pendant ce chauffage et généralement par le même élément, est exercée une certaine pression en vue de faire se compénétrer les particules de ma- tière adjacente à l'état plastique. Ensuite, la matière est sectionnée soit par le même organe, soit par un organe coupeur spécial.
Selon une autre pratique, les éléments juxtaposés de matière plastique à thermo-souder et à couper sont dûment immo- bilisés puis successivement thermo-coupés et; par le même élé- ment, thermo-soudés. Cette thermo-soudure s'effectue en consé- quence du chauffage qui a produit l'opération précédente de thermo-coupure, le même organe exerçant, sur les éléments de matière plastique ainsi séparés, an léger effort de pression produisant un certain contact entre lesdits éléments adjacents à l'état plastique.
La première de ces methodes est exclue dans de nombreu- ses applications et notamment pour les emballages en continu à l'aide de produits, tel que le thermo-plastique réticulé par exemple.
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Quant à la deuxième de ces méthodes, si elle peut con- venir pour certains emballages pour produits légers et à usage immédiat, il a été constaté que ses effets étaient tels qu'elle ne pouvait donner aux soudures réalisées une solidité suffisante.
La présente invention a pour but de procurer un moyen nouveau et des machines permettant d'appliquer industriellement ce moyen en vue d'apporter une solution satisfaisante à ce pro- blème.
Ce moyen consiste substantiellement à produire simultané- ment ou dans des temps très rapprochés la thermo-coupure et le thermo-moulage des bouts libres desdites parties coupées, d'une telle manière que la matière à l'état plastique soit refoulée, en sorte d'envelopper, sur une légère longueur, les parties cor- respondantes desdits bouts libres des matières sectionnées.
Si l'on a affaire à la fermeture d'un sac ou sachet en une pellicule thermo-plastique, on réalisera, par l'application de ce moyen, le long des parties adjacentes solidarisées, un bourrelet qui enveloppera, sur une légère distance, les bords libres ainsi solidarisés; si, au contraire, on a affaire à un problème de fermeture de sacs ou sachets en une matière ajourée, le même moyen déterminera un moulage, respectivement un recouvre- ment sur une faible largeur, des parties adjacentes de ladite matière ajourée ;
enfin, si l'on a affaire, par exemple, à un emballage exécuté en une résille ou en un matériau du type ther- mo-plastique réticulé, on pourra soit exécuter la thermo-coupure et la thermo-soudure lorsque les éléments adjacents dndit ther- mo-plastique réticulé sont disposés à plat, soit lorsque ces éléments sont rassemblés de manière à former une petite botte d'éléments filiformes mutuellement parallèles.
Dans ce dernier cas, il se formera, autour des bouts libres de cette petite botte, un bourrelet ou bouton qui enve- loppe et termine les éléments filiformes ainsi rassemblés en
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les solidarisant l'un à l'autre d'une manière très énergique.
Quant aux appareils ou machines permettant d'appliquer le moyen susdécrit, elles peuvent évidemment être très variables dans leur réalisation. Toutefois, ces machines seront communes en ce qu'elles comporteront au moins des organes devant permettre d'immobiliser au moins les parties à couper et à souder, en coopération avec lesdits organes de fixation des logements ou creux ou autres conformations adéquates en vue de former un loge- ment et une espèce de moule devant permettre le refoulement de la matière pendant l'opération de thermo-soudure, au moins un élément chauffant pour pratiquer la thermo-coupure et, enfin, en coopération avec ledit élément chauffant,
des moyens permettant d'appliquer un effort de poussée transversale suffisant en vue de refouler la matière dans les susdits logements ou moules afin de produire les excroissances caractéristiques des moyens essentiels objets de l'invention.
C'est donc à simple titre d'exemple, sans aucune limi- tation d'aucune sorte, qu'une description plus détaillée des moyens et machines, objets de l'invention, est donnée ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 schématise aussi sommairement que possible un emballage exécuté en thermo-plastique réticulé et traité, à un bout, par application des moyens, objets de l'invention; la figure 2 représente en vue perspective et à plat un sachet exécuté en un film plein, le fond du sachet ayant été exécuté conformément à l'invention; la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan d'un sachet exécuté en une pellicule ajourée, le fond ayant été exécuté par application des moyens, objets de l'invention;
la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure
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la figure 6 représente très schématiquement la thermo- soudure produite par la méthode connue la plus rapprochante des moyens, objets de l'invention; la figure 7 montre à même échelle et sur le même élé- ment que ceux représentés à la figure 6, la thermo-soudure pro- duite par application des moyens, objets de la présente inven- tion; les figures 8 à 11 schématisent les phases successives d'un cycle opérationnel des moyens combinés de thermo-coupure et de thermo-soudure conformes à l'invention; les figures 12 à 16 schématisent en variante les phases successives d'un cycle opérationnel des moyens combinés de thermo-coupure et de thermo-soudure conformes à l'invention;
la figure 17 montre en vue perspective une machine con- ditionnée pour appliquer les moyens combinés de thermo-coupure et de thermo-soudure selon l'invention; la figure 18 représente, en vue latérale, les éléments essentiels de la tête de la machine, celle-ci se trouvant en position de repos; la figure 19 est une coupe selon la ligne XIX-XIX de la figure 18; la figure 20 est une coupe selon la ligne XX-XX de la figure 18; la figure 21 est semblable à la figure 18, les organes étant représentés dans la phase de thermo-coupage; la figure 22 est une coupe semblable à celle de la fi- gure 19, les mâchoires serrant la matière à couper et à souder étant montrées en position fermée; la figure 23 est une coupe semblable à celle représen- tée à la figure 22, la machine se trouvant dans la phase de ther- mo-coupage ;
la figure 24 est semblable à la figure 18, les organes
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étant représentés dans la phase préparatoire au thermo-soudage; la figure 25 est une coupe semblable à celle représentée à la figure 19, dans la phase intermédiaire entre le thermo-cou- page et le thermo-soudage; la figure 26 est une coupe selon la ligne XVI-XVI de la figure 24; la figure 27 est semblable à la figure !8, les organes étant représentés dans la phase de thermo-soudage; la figure 28 est une coupe selon la ligne XXVIII de la figure 27; la figure 29 est une coupe semblable à celle représentée à la figure 28, les différents organes représentés étant dans leur position relative, lors du dégagement des produits thermo- soudés;
la figure 30 est une coupe selon la ligne XXX-XXX de la figure 27-il
La figure 1 représente schématiquement un emballage exé- cuté à l'aide de matière dite thermo-plastique réticulé. Dans cet emballage 1, la fermeture visée par le procédé objet de l'invention est représentée en.2; les figures 2 et 3 se rappor- tent à un sac ou sachet exécuté en une matière thermo-soudable mince; dans ces figures, l'article est également représenté en 1 et la fermeture en .2; enfin, dans les figures 4 et 5, est repré- senté un emballage sous' la forme d'un sac ou sachet en une ma- tière thermo-soudable ajourée.
Dans ces figures, l'article est également représenté en 1 et la fermeture en 2.
Dans chacune de ces exécutions, qui ne sont évldemment pas limitatives, la fermeture 2 a été exécutée en application du procédé, objet principal de la présente invention.
Cette fermeture produite par thermo-soudage, entre eux, de tous les éléments adjacents en matière thermo-plastique est
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telle que lesdits éléments adjacents se trouvent, sur une très petite distance, en quelque sorte, enrobés dans une masse commune de matière thermo-plastique. Eventuellement, on pourrait, dans certains cas, renforcer la soudure par les apports opportuns d'une autre matière plastique, de même moulure ou de moulure différente: de celle formant l'article à souder, respectivement, à fermer.
Les figures 6 et 7, par comparaison, font apparaître très clairement l'effet technique nouveau produit par le pro- cédé objet de l'invention; en effet, dans la figure 6, on a re- présenté une certaine quantité d'éléments filiformes 3 en matière thermo-soudable dont les bouts libres ont été solidarisés par une soudure indiquée en 4, soudure produite généralement par l'élé- ment coupant lui-même, lequel a simplement amené lesdits bouts libres dans un état plastique et ceux-ci se sont mutuellement soudés lorsque ledit état plastique a cessé.
Dans la figure 7, on a représenté semblablement les mêmes éléments filiformes 1 en matière thermosoudable dont les bouts libres ont été solidarisés en appliquant le procédé de l'inven- tion par une soudure indiquée en 5, soudure produite en l'occur- rence par un véritable moulage de la matière constituée par l'ensemble des bouts plastifiés, cette masse étant refoulée dans un logement adéquat faisant l'office d'un petit moule, d'une telle manière que, comme on peut l'observer dans ladite figure 7, la matière a été refoulée de manière à envelopper la partie cor- respondante des éléments filiformes.
La différence de résistance entre les soudures schéma- tisées aux figures 6 et 7 est réellement substantielle.
On peut appliquer le procédé de l'invention de manières différentes sans pour cela n'écarter du cadre de l'invention proprement dite. Un premier moyen est schématisé aussi sommai- rement que possible aux figures 8 à 11 Ce moyen a pour avantage de mettre en oeuvre un nombre minimum d'organes, c'est-à-dire
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aussi un nombre minimum de mécanismes et de moyens d'actionnement, ce qui conduit à la mise en oeuvre d'une machine relativement très simple.
Ce mode d'application du procédé de l'invention consiste, en l'occurrence, à partir de deux paires de mâchoires 2-2 et 8- @ et d'un outil spécial 10. Les paires de mâchoires 2-2 et 8-9 présentent, chacune, comme disposition caractéristique résul- tant de l'application du procédé de l'invention, un creux 11-12 et 13-14, ces creux constituant, en quelque sorte,le moule destiné à former la soudure. L'outil 10 présente, comme disposi- tion caractéristique) résultant de l'application du procédé de @ l'invention, une partie chauffante 15 de section progressive- ment croissante et une partie réfrigérante ou refroidissante 16 de forme généralement prismatique.
Ce moyen applique le procédé de l'invention selon le cycle opérationnel suivant : éléments minces à solidariser par thermo-soudure schématisés, en l'occurrence, par les susdits éléments filiformes 3 en une matière thermo-plastique, sont ras- semblés et immobilisés dans la zone voisine de l'opération de soudure, par serrage entre lesdites paires de mâchoires 6-7 et 8-9 (figure 8); ensuite, lutil 10 est abaissé d'une telle manière que sa partie 15, portée à la température convenable par tout moyen approprié connu en sei, sectionne les éléments filiformes 3 par le moyen bien connu du thermo-coupage (figure 9);
le mouvement d'abaissement initial de l'outil 10 est poursuivi d'une telle manière que la partie froide ou réfrigérante 16, en venant en contact avec les masses plastiques des éléments filiformes 3) refoule celles-ci dans les susdits creux 11-12 et 13-14, tout en abaissant la température de la matière ainsi moulée (figure 10); enfin, l'outil 10 est effacé, les paires de mâchoires 6-7 et 8-9 sont ouvertes et les deux soudures 1 en bout des éléments filiformes 3 sont exécutées correctement. On observera que, dans
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ce moyen de mise en oeuvre, l'effort de pression transversal provoquant le refoulement de la matière plastique dans les creux 11-12 et 13-14 est déterminé par la relation entre la distance D séparant lesdites paires de mâchoires et l'épaisseur d de la partie supérieure 16 de l'outil.
Un autre moyen qui,.pour appliquer un appareillage légè- rement plus complexe, ne s'est pas moins révélé excellent et d'une application vraiment systématique, introduit un nouvel or- gane.
Les phases essentielles du cycle opérationnel de ce moyen appliquant le procédé de l'invention sont sommairement schéma- tisées aux figures 12 à 16. Dans l'appareillage appliquant ce moyen, on retrouve les paires de mâchoires 6-7 et 8-9 avec leur partie creuse respective, 11-12 et 13-14, ainsi que l'outil 10 qui néanmoins, en l'occurrence, ne comporte que la partie chauf- fante 15.
Il est fait application d'un organe supplémentaire formé, en l'occurrence, par la paroi 12 qui est une paroi froide ou ré- frigérante et qui est assimilable, en quelque sorte, à la partie 16 de l'outil complexe de l'exemple précédent.
Au départ de la mise en oeuvre du procédé, les éléments minces à thermo-souder, en l'occurrence les éléments filiformes 3, sont, exactement comme indiqué dans la figure 8, immobilisés entre lesdites paires de mâchoires 6-7 et 8-9 (figure 12); l'outil 10 est abaissé, exactement comme il a été indiqué dans l'exposé de la figure 9, la partie chauffante 15 de l'outil étant abaissée de manière à traverser, par thermo-coupage, lesdits éléments 3 (figure 13); sitôt le sectionnement terminé, ledit outil 10 est effacé, par exemple par déplacement en sens inverse, et remplacé par l'élément froid ou réfrigérant 17 qui est venu prendre sa place (figure 14);
quasi en même temps, les/paires de mâchoires 6-7 et 8-9 sont mutuellement rapprochées en entraînant,
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dans ce mouvement, la matière à l'état plastique qui se trouve entre elles et ladite paroi intercalaire réfrigérante 17, la- dite matière plastique étant ainsi refoulée dans les creux 6-7 et 8-9 des susdites mâchoires (figure 1?),-enfin, la pièce froide ou réfrigérante 12 est effacée et les paires de mâchoires 6-7 et 8-9 sont ouvertes, libérant ainsi les éléments 3 qui présen- tent la soudure caractéristique 1 à leur bout respectif (figure
16).
On pourrait ainsi multiplier les moyens par lesquels on introduit, sitôt après le thermo-coupage des éléments à souder, un effort transversal suffisant pour que la matière soit moulée de la manière pré-indiquée.
Les moyens de mise en oeuvre du procédé étant variables, on peut également, avec assez de facilité, imaginer tout genre de machines ou appareillages permettant la mise en oeuvre ef- fective du moyen choisi. Une telle machine est, dans son ensem- ble, schématisée à la figure 17. Cette machine comprend substan- tiellement une tête 18, une table 12, un carter 20 logeant les différents mécanismes, organes, appareils de contrôle, câblage, etc...,et des pieds ou supports 21. La tête 18 ainsi que les mécanismes et organes d'actionnement sont essentiellement varia- bles selon le moyen adopté pour la mise en oeuvre du procédé.
A titre d'exemple, une telle tête 18 adaptée pour ap- pliquer le moyen schématisé dans les figures 12 à 16 est décrite avec plus de détails ci-après en se référant aux figures 18 à 30.
Substantiellement, ladite tête comporte les organes es- sentiels suivants : unbvas 22, capable d'osciller autour de l'axe 33, porte, en bout, la lame de thermo-coupage 15. Ce bras 22 est susceptible d'être empêché de choir sous son propre poids, par une petite traverse 24 formant butée et solidaire de leviers 25 susceptibles d'osciller autour de l'axe 26, ce levier pouvant
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être sollicité, vers l'avant ou vers l'arrière, par une tige 27 faisant partie d'un dispositif moteur, par exemple un dispositif à électro-aimant.
Les mâchoires de chaque paire 6-2 et 8-9 présentent deux épaisseurs identiques, respectivement 6'-6"7'-7" et 8'-8"-9'-9" ces deux épaisseurs, dans chaque mâchoire, sont solidarisées et maintenues à distance convenable l'une de l'autre et, dans chaque paire, lesdites épaisseurs sont disposées en quinconce d'une telle manière qu'une épaisseur de chaque mâchoire passe entre les deux épaisseurs de l'autre mâchoire de la même paire.
Les creux caractéristiques de l'invention sont pratiqués dans les épaisseurs intérieures desdites mâchoires en sorte qu'aux. dites épaisseurs intérieures 6"-7" et 8"-9" correspondent les creux caractéristiques 11-12 et 13-14.
Les mâchoires supérieures 6-8 sont susceptibles d'osciller autour d'un axe 28 et leurs mouvements d'oscillation sont comman- dés par une tringle 29 également en coopération avec un organe de manoeuvre, par exemple aussi un dispositif à électro-aimant. Les mâchoires inférieures 7-9 sont susceptibles d'osciller transver- salement autour d'un axe, respectivement 30-31, matérialisé en l'occurrence par les pivots co-axiaux 32-33.
Ce mouvement d'oscillation transversal est susceptible d'être provoqué par une tringle 34 également en relation avec un dispositif de manoeuvre, par exemple à partir d'un électro- aimant, cette tringle 34 portant, d'autre part, un coin tronconi- que 35 susceptible de coopérer avec des prolongements inférieurs 36-37, respectivement des mâchoires inférieures 7-9. Dans ce but, lesdits prolongements inférieurs présentent des parties biseautées, respectivement 38-39. Enfin, la paroi refroidissante 12 est soli- daire d'un support mobile 40 susceptible d'être déplacé d'un mouvement rectiligne alternatif par l'intermédiaire d'un mécanis- me schématisé, en l'occurrence, par un balancier 41 et une tringle
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également en relation avec un dispositif moteur, par exemple aussi un dispositif à électro-aimant.
Les dispositifs d'actionnement des différentes tringles
247-29-34-41 pourront aisément être coordonnés de manière à pro- voquer la mise en mouvement, respectivement en repos opportune, de chacun des organes suivant un programme déterminé dont le dé- marrage peut être provoqué, soit par le fait même de la mise en place de la matière à thermo-couper et à thermo-souder, soit par un organe à commande manuelle, soit de toute autre manière.
Le fonctionnement de l'appareillage ainsi constitué est substantiellement comme suit : au départ, la tête de la machine est, comme schématisé dans la figure 18, le bras avec sa lame de thermo-coupage étant relevé, les paires de mâchoires 6-7 et 8-9 étant ouvertes et le coin 35 extérieur par rapport aux prolongements inférieurs 36-37 des mâchoires inférieures, respectivement 7-9. Et, enfin, l'élément froid ou réfrigérant 17 étant immobilisé dans sa posi- tion effacée, également tel que représenté à la figure 18.
Les éléments à thermo-couper, respectivement à thermo- souder, schématisés en 3, sont placés dans les échancrures ad hoc des éléments de mâchoires inférieures 7-9. Par un effort de pression exercé par l'intermédiaire de ladite matière 3 ou bien encore par le moyen d'un organe de manoeuvre adéquat, le circuit électrique dont fait partie la susdite lame 15, comme résistance électrique, est fermé et ladite lame est rapidement portée à la température adéquate; une traction est opérée sur la tringle 29, par exemple par la mise en circuit d'un électro-aimant (non représenté), ce qui provoque un abaissement des mâchoires supé- rieures 6-8 lesquelles oscillent autour de leur axe 28;
par leur échancrure respective et leur juxtaposition avec les épaisseurs des éléments de mâchoires inférieures, les susdits éléments de mâchoires supérieures immobilisent fermement les parties corres-
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pondantes de la matière 3 à couper et à souder. Un effort de poussée est exercé sur la tringle 27, par exemple par le moyen d'un électro-aimant (non représenté); les leviers 25 tournent autour de leur axe commun 26, libérant ainsi le bras 22 de l'ac- tion de retenue de la traverse 24; ledit bras .22 s'abaisse par. gravité en tournant autour de l'.axe 23; la lame chaude 15 enzre en contact avec la partie de la matière 3 comprise entre les deux paires de mâchoires et cette matière est thermo-coupée quasi instantanément, comme représenté aux figures 21 et 23;
sitôt après, un effort de traction est opéré sur la susdite tringle 27, ce qui ramène les leviers 25 dans leur position arrière, la traverse 24 sollicitant le bras 22 en sorte que ce- lui-ci se soulève, écartant ainsi la lame coupante 15 de la ma- tière qui vient d'être sectionnée ; quasi simultanément, un effort de poussée estéxercé, par exemple, par un électro-ai- mant mis en circuit (non représenté).
Cet effort est transmis au balancier 41 qui epousse vers l'avant, l'équipage mobile 40 dont fait partie la pièce froide ou réfrigérante 17, d'une telle manière que celle-ci vienne se placer à l'endroit précédemment occupé par la lame chaude 15, c'est-à-dire entre les deux tron- çons 3'-3" de la matière sectionnée, comme schématisé aux figures 24 et 26; sitôt après, un effort de traction est exercé sur la tringle 34 également par exemple par l'intermédiaire d'un électro-aimant (non représenté), ce qui a pour effet d'insérer le coin 35 entre les deux prolongements 36-37 des éléments de mâchoires inférieures, respectivement 7-9;
par l'effet dudit coin 35, les mâchoires oscillent autour de leur axe respectif, 30-31, en sorte que ces mâchoires se rapprochent en venant s'ap- pliquer fermement contre les faces latérales correspondantes de la paroi 17; ces mouvements ont pour effet et résultat de refou- ler la matière encore à l'état plastique comprise entre ladite paroi froide 17 et les parties adjacentes des mâchoires, dans
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les creux, respectivement 11-12 et 13-14, comme schématisé plus particulièrement à la figure 28;
enfin, quasi simultanément, les tringles 29-34-42 sont manoeuvrées en sens inverse, en sorte que, respectivement, les mâchoires supérieures 6-8 se relè- vent, les deux paires de mâchoires s'écartent pour reprendre leur position initiale et la paroi froide 17 s'efface, les matiè- res thermo-coupées et thermo-soudées 3'-3" étant ainsi entière- ment iibérées et l'appareil étant remis dans sa position de dé- part pour un nouveau cycle opérationnel.
On observera que les différentes phases de ce cycle peu- vent se suivre à un rythme très rapide, en sorte que la produc- tion d'une telle machine peut être relativement très considéra- ble. On pourra aussi bien travailler pièce par pièce que couper et souder hors bobine. Egalement, comme schématisé sommairement à la figure 17, la machine peut être conditionnée pour thermo- couper et thermo-souder simultanément à la phase d'emballage.
Le tablier 19 est réglable en hauteur sur la même machine, en sorte que celle-ci peut être adaptée aux emballages à fermer.
Dans ce but, et selon les caractéristiques de l'invention, ledit tablier 19 présente, sur son bord arrière, des chevilles suscep- tibles d'être Introduites dans des trous correspondants du bâti ou du carter de la machine, un certain nombre de trous étant échelonnés entre des limites inférieures et supérieures permet- tant ainsi une adaptation quasi instantanée de la machine.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux moyens matériels susdécrits et que l'on pourra faire usage, pour l'appli- cation du procédé de l'invention, de moyens équivalent ou de fonc- tion équivalente.
L'invention s'étend aussi bien auxdits moyens ou ma- chines qu'aux éléments essentiels desdits moyens et machinesét qu'aux produits, généralement des emballages résultant de l'ap- plication desdits procédé et moyens.
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"Process and machine for the welding of thin elements in thermoplastic material".
It is well known to those skilled in the art that, in the industry of processing raw materials constituted by solid or perforated films, sheaths, nets or similar products, for example of the cross-linked thermoplastic type, the closure resistant and practically immune to structural change is one of the most important problems and also of those which limit the often very wide fields of application of these products.
This problem is made difficult by the fact that at least one of the dimensions of the elements to be joined by heat-welding is extremely small. It follows that, not only such products have, in section, only surfaces
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extremely small, but also that, by this small size, these parts of material are extremely vulnerable, in particular under the effects of almost instantaneous heating.
These defects are generally manifested either by imperfect welds, or by the observation of a very rapid aging of the material at the level of the heat-welds, which is all the more detrimental when this aging is observed either after a certain - storage time of packaging, when it is needed immediately, ie when the products are packaged and stored for a certain time.
In general, such welds are carried out by the application, to the elements to be joined, of heating elements raising the underlying material to the temperature at which it is made plastic; during this heating and generally by the same element, a certain pressure is exerted with a view to making the particles of adjacent material penetrate in the plastic state. Then, the material is cut either by the same member or by a special cutting member.
According to another practice, the juxtaposed elements of plastic material to be heat-welded and cut are duly immobilized then successively heat-cut and; by the same element, thermo-welded. This thermo-welding is carried out as a consequence of the heating which produced the previous thermo-cut operation, the same member exerting, on the plastic elements thus separated, a slight pressure force producing a certain contact between said said elements. adjacent elements in the plastic state.
The first of these methods is excluded in many applications and in particular for continuous packaging using products, such as crosslinked thermoplastic for example.
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As to the second of these methods, although it may be suitable for certain packaging for light products and for immediate use, it has been found that its effects were such that it could not give the welds made sufficient strength.
The object of the present invention is to provide a new means and machines making it possible to apply this means industrially with a view to providing a satisfactory solution to this problem.
This means consists substantially in producing simultaneously or in very short periods the thermo-cutting and the thermo-molding of the free ends of said cut parts, in such a way that the material in the plastic state is forced back, so as to 'wrap, over a slight length, the corresponding parts of said free ends of the cut material.
If we are dealing with the closing of a bag or sachet in a thermoplastic film, we will achieve, by the application of this means, along the adjacent joined parts, a bead which will wrap, over a slight distance, the free edges thus secured; if, on the contrary, there is a problem of closing bags or sachets made of a perforated material, the same means will determine a molding, respectively a covering over a small width, of the adjacent parts of said perforated material;
finally, if we are dealing, for example, with a packaging executed in a mesh or in a material of the crosslinked thermoplastic type, we can either perform the thermo-cut and the thermo-welding when the adjacent elements dndit crosslinked thermoplastics are laid out flat, ie when these elements are brought together so as to form a small bundle of mutually parallel filiform elements.
In the latter case, a bead or button will form around the free ends of this little boot which envelops and terminates the filiform elements thus gathered in
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uniting them to each other in a very energetic way.
As for the devices or machines making it possible to apply the above-described means, they can obviously be very variable in their realization. However, these machines will be common in that they will comprise at least members to make it possible to immobilize at least the parts to be cut and welded, in cooperation with said fixing members of the housings or hollow or other suitable conformations in order to form a housing and a kind of mold to allow the material to be pushed back during the heat-sealing operation, at least one heating element to perform the heat-cut and, finally, in cooperation with said heating element,
means making it possible to apply a sufficient transverse thrust force in order to force the material back into the aforesaid housings or molds in order to produce the protuberances characteristic of the essential means which are the subject of the invention.
It is therefore by way of example, without any limitation whatsoever, that a more detailed description of the means and machines, objects of the invention, is given below with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagram, as briefly as possible, of a packaging made from crosslinked thermoplastic and treated, at one end, by application of the means, objects of the invention; FIG. 2 shows in perspective and flat view a bag produced in a solid film, the bottom of the bag having been produced in accordance with the invention; Figure 3 is a section along the line III-III of Figure 2; FIG. 4 is a plan view of a bag made from a perforated film, the bottom having been made by applying the means, objects of the invention;
Figure 5 is a section along the line V-V of Figure
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FIG. 6 very schematically represents the heat-welding produced by the known method which is closest to the means, objects of the invention; FIG. 7 shows, on the same scale and on the same element as those represented in FIG. 6, the heat-welding produced by application of the means, objects of the present invention; FIGS. 8 to 11 show schematically the successive phases of an operational cycle of the combined heat-cutting and heat-sealing means according to the invention; FIGS. 12 to 16 show schematically, as a variant, the successive phases of an operational cycle of the combined heat-cutting and heat-sealing means according to the invention;
FIG. 17 shows a perspective view of a machine conditioned to apply the combined heat-cutting and heat-sealing means according to the invention; FIG. 18 shows, in side view, the essential elements of the head of the machine, the latter being in the rest position; Figure 19 is a section on the line XIX-XIX of Figure 18; Figure 20 is a section taken along line XX-XX of Figure 18; FIG. 21 is similar to FIG. 18, the members being represented in the thermo-cutting phase; Figure 22 is a section similar to that of Figure 19, the jaws gripping the material to be cut and welded being shown in the closed position; FIG. 23 is a section similar to that shown in FIG. 22, the machine being in the thermo-cutting phase;
figure 24 is similar to figure 18, the organs
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being represented in the preparatory phase for thermo-welding; FIG. 25 is a section similar to that shown in FIG. 19, in the intermediate phase between the heat-cutting and the heat-sealing; Figure 26 is a section taken on the line XVI-XVI of Figure 24; Figure 27 is similar to Figure! 8, the members being shown in the heat-welding phase; Figure 28 is a section taken along line XXVIII of Figure 27; FIG. 29 is a section similar to that shown in FIG. 28, the various members shown being in their relative position, during the release of the heat-welded products;
figure 30 is a section on line XXX-XXX of figure 27-il
FIG. 1 schematically represents a packaging made with the aid of so-called crosslinked thermoplastic material. In this packaging 1, the closure targeted by the method which is the subject of the invention is shown in 2; Figures 2 and 3 relate to a bag or sachet made of a thin heat-sealable material; in these figures, the article is also represented at 1 and the closure at .2; finally, in Figures 4 and 5, there is shown a package in the form of a bag or sachet in a perforated heat-sealable material.
In these figures, the article is also represented at 1 and the closure at 2.
In each of these executions, which are obviously not limiting, the closure 2 has been executed in application of the method, the main object of the present invention.
This closure produced by thermo-welding, together, of all the adjacent thermoplastic elements is
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such that said adjacent elements are, over a very small distance, as it were, embedded in a common mass of thermoplastic material. Optionally, in certain cases, the welding could be reinforced by the appropriate contributions of another plastic material, with the same molding or with a different molding: from that forming the article to be welded, respectively, to be closed.
FIGS. 6 and 7, by comparison, show very clearly the new technical effect produced by the process which is the subject of the invention; in fact, in FIG. 6, a certain quantity of filiform elements 3 made of heat-weldable material have been shown, the free ends of which have been secured by a weld indicated at 4, a weld generally produced by the cutting element. itself, which simply brought said free ends into a plastic state and these welded to each other when said plastic state ceased.
In FIG. 7, the same filiform elements 1 have been shown similarly in heat-sealable material, the free ends of which have been joined together by applying the process of the invention by a weld indicated at 5, weld produced in this case by a real molding of the material constituted by all the plasticized ends, this mass being forced into a suitable housing acting as a small mold, in such a way that, as can be seen in said figure 7 , the material was pushed back so as to envelop the corresponding part of the filiform elements.
The difference in resistance between the welds shown in Figures 6 and 7 is really substantial.
The method of the invention can be applied in different ways without thereby departing from the scope of the invention itself. A first means is shown schematically as briefly as possible in FIGS. 8 to 11 This means has the advantage of using a minimum number of organs, that is to say
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also a minimum number of mechanisms and actuation means, which leads to the use of a relatively very simple machine.
This mode of application of the method of the invention consists, in this case, from two pairs of jaws 2-2 and 8- @ and a special tool 10. The pairs of jaws 2-2 and 8- 9 each have, as a characteristic arrangement resulting from the application of the method of the invention, a hollow 11-12 and 13-14, these hollows constituting, in a way, the mold intended to form the weld. The tool 10 has, as a characteristic arrangement) resulting from the application of the method of the invention, a heating part 15 of progressively increasing cross section and a cooling or cooling part 16 of generally prismatic shape.
This means applies the method of the invention according to the following operational cycle: thin elements to be joined by heat-welding schematically shown, in this case, by the aforesaid filiform elements 3 in a thermoplastic material, are assembled and immobilized in the area adjacent to the welding operation, by clamping between said pairs of jaws 6-7 and 8-9 (FIG. 8); then, lutil 10 is lowered in such a way that its part 15, brought to the suitable temperature by any suitable means known in sei, cuts the filiform elements 3 by the well-known means of thermo-cutting (FIG. 9);
the initial lowering movement of the tool 10 is continued in such a way that the cold or cooling part 16, by coming into contact with the plastic masses of the filiform elements 3) pushes them back into the aforesaid hollows 11-12 and 13-14, while lowering the temperature of the material thus molded (Fig. 10); finally, the tool 10 is erased, the pairs of jaws 6-7 and 8-9 are opened and the two welds 1 at the end of the filiform elements 3 are executed correctly. It will be observed that in
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this means of implementation, the transverse pressure force causing the backflow of the plastic material into the hollows 11-12 and 13-14 is determined by the relationship between the distance D separating said pairs of jaws and the thickness d of the upper part 16 of the tool.
Another means which, in order to apply a slightly more complex apparatus, has proved no less excellent and of a really systematic application, introduces a new organ.
The essential phases of the operational cycle of this means applying the method of the invention are briefly diagrammed in FIGS. 12 to 16. In the apparatus applying this means, we find the pairs of jaws 6-7 and 8-9 with their respective hollow part, 11-12 and 13-14, as well as the tool 10 which, however, in this case, only comprises the heating part 15.
Application is made of an additional member formed, in this case, by the wall 12 which is a cold or refrigerating wall and which can be assimilated, in a way, to the part 16 of the complex tool of the. previous example.
At the start of the implementation of the process, the thin elements to be heat-welded, in this case the filiform elements 3, are, exactly as indicated in FIG. 8, immobilized between said pairs of jaws 6-7 and 8-9. (figure 12); the tool 10 is lowered, exactly as indicated in the description of FIG. 9, the heating part 15 of the tool being lowered so as to pass, by heat cutting, through said elements 3 (FIG. 13); as soon as the sectioning is completed, said tool 10 is erased, for example by displacement in the opposite direction, and replaced by the cold or refrigerant element 17 which has taken its place (FIG. 14);
almost at the same time, the / pairs of jaws 6-7 and 8-9 are brought together, resulting in,
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in this movement, the material in the plastic state which is between them and said refrigerating intermediate wall 17, said plastic material thus being forced into the recesses 6-7 and 8-9 of the aforesaid jaws (FIG. 1?), - finally, the cold or refrigerating room 12 is erased and the pairs of jaws 6-7 and 8-9 are opened, thus freeing the elements 3 which present the characteristic weld 1 at their respective end (figure
16).
One could thus multiply the means by which one introduces, immediately after the thermo-cutting of the elements to be welded, a transverse force sufficient for the material to be molded in the pre-indicated manner.
As the means for implementing the method are variable, it is also possible, with sufficient ease, to imagine any type of machine or apparatus allowing the effective implementation of the chosen means. Such a machine is, as a whole, shown schematically in FIG. 17. This machine essentially comprises a head 18, a table 12, a casing 20 housing the various mechanisms, components, control devices, wiring, etc. ., and feet or supports 21. The head 18 as well as the mechanisms and actuating members are essentially variable depending on the means adopted for implementing the method.
By way of example, such a head 18 adapted to apply the means shown schematically in FIGS. 12 to 16 is described in more detail below with reference to FIGS. 18 to 30.
Substantially, said head comprises the following essential organs: unbvas 22, capable of oscillating around axis 33, carries, at the end, the heat-cutting blade 15. This arm 22 is capable of being prevented from falling. under its own weight, by a small cross member 24 forming a stop and integral with levers 25 capable of oscillating around the axis 26, this lever being able to
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be biased forward or backward by a rod 27 forming part of a driving device, for example an electromagnet device.
The jaws of each pair 6-2 and 8-9 have two identical thicknesses, respectively 6'-6 "7'-7" and 8'-8 "-9'-9" these two thicknesses, in each jaw, are secured and kept at a suitable distance from each other and, in each pair, said layers are staggered in such a way that a thickness of each jaw passes between the two layers of the other jaw of the same pair .
The characteristic hollows of the invention are made in the internal thicknesses of said jaws so that. said internal thicknesses 6 "-7" and 8 "-9" correspond to the characteristic hollows 11-12 and 13-14.
The upper jaws 6-8 are capable of oscillating about an axis 28 and their oscillating movements are controlled by a rod 29 also in cooperation with an operating member, for example also an electromagnet device. The lower jaws 7-9 are capable of oscillating transversely about an axis, respectively 30-31, materialized in this case by the co-axial pivots 32-33.
This transverse oscillation movement is capable of being caused by a rod 34 also in connection with an operating device, for example from an electromagnet, this rod 34 carrying, on the other hand, a truncated corner. that 35 capable of cooperating with lower extensions 36-37, respectively lower jaws 7-9. For this purpose, said lower extensions have bevelled parts, respectively 38-39. Finally, the cooling wall 12 is integral with a movable support 40 capable of being moved in a reciprocating rectilinear movement by means of a mechanism shown schematically, in this case, by a balance 41 and a rod
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also in connection with a motor device, for example also an electromagnet device.
The actuation devices of the different rods
247-29-34-41 can easily be coordinated in such a way as to cause the setting in motion, respectively in opportune rest, of each of the organs according to a determined program, the starting of which can be caused, or by the very fact of the placement of the material to be thermally cut and thermo-welded, either by a manually controlled member, or in any other way.
The operation of the apparatus thus constituted is substantially as follows: initially, the head of the machine is, as shown schematically in figure 18, the arm with its thermo-cutting blade being raised, the pairs of jaws 6-7 and 8-9 being open and the corner 35 outside with respect to the lower extensions 36-37 of the lower jaws, respectively 7-9. And, finally, the cold or refrigerant element 17 being immobilized in its retracted position, also as shown in FIG. 18.
The elements to be heat-cut, respectively to be heat-welded, shown schematically at 3, are placed in the ad hoc notches of the lower jaw elements 7-9. By a pressure force exerted by means of said material 3 or even by means of a suitable operating member, the electrical circuit of which the aforesaid blade 15 forms part, as an electrical resistance, is closed and said blade is rapidly brought to the correct temperature; traction is effected on the rod 29, for example by switching on an electromagnet (not shown), which causes a lowering of the upper jaws 6-8 which oscillate around their axis 28;
by their respective notches and their juxtaposition with the thicknesses of the lower jaw elements, the aforesaid upper jaw elements firmly immobilize the corresponding parts.
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layers of material 3 to be cut and welded. A thrust force is exerted on the rod 27, for example by means of an electromagnet (not shown); the levers 25 rotate around their common axis 26, thus freeing the arm 22 from the retaining action of the cross member 24; said arm .22 is lowered by. gravity by rotating around the axis 23; the hot blade 15 comes into contact with the part of the material 3 between the two pairs of jaws and this material is heat-cut almost instantaneously, as shown in Figures 21 and 23;
immediately afterwards, a tensile force is operated on the aforesaid rod 27, which returns the levers 25 to their rear position, the cross member 24 urging the arm 22 so that the latter rises, thus removing the cutting blade 15 of the material which has just been sectioned; almost simultaneously, a thrust force exerted, for example, by an electromagnet switched on (not shown).
This force is transmitted to the balance 41 which pushes forward, the mobile assembly 40 of which the cold or refrigerating part 17 forms part, in such a way that the latter comes to be placed in the place previously occupied by the blade. hot 15, that is to say between the two sections 3'-3 "of the cut material, as shown schematically in Figures 24 and 26; immediately afterwards, a tensile force is exerted on the rod 34 also for example by means of an electromagnet (not shown), which has the effect of inserting the wedge 35 between the two extensions 36-37 of the lower jaw elements, respectively 7-9;
by the effect of said wedge 35, the jaws oscillate around their respective axes, 30-31, so that these jaws come together while coming to bear firmly against the corresponding lateral faces of the wall 17; these movements have the effect and result of pushing back the material still in the plastic state between said cold wall 17 and the adjacent parts of the jaws, into
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the hollows, 11-12 and 13-14 respectively, as shown more particularly in FIG. 28;
finally, almost simultaneously, the rods 29-34-42 are operated in the opposite direction, so that, respectively, the upper jaws 6-8 are raised, the two pairs of jaws move apart to return to their initial position and the cold wall 17 is erased, the heat-cut and heat-sealed materials 3'-3 "thus being completely released and the apparatus being returned to its starting position for a new operational cycle.
It will be observed that the different phases of this cycle can follow each other at a very rapid rate, so that the production of such a machine can be relatively very considerable. We can work piece by piece as well as cut and weld off the coil. Also, as briefly diagrammed in FIG. 17, the machine can be conditioned to heat-cut and heat-seal simultaneously with the packaging phase.
The apron 19 is adjustable in height on the same machine, so that the latter can be adapted to the packages to be closed.
For this purpose, and according to the characteristics of the invention, said apron 19 has, on its rear edge, pins capable of being introduced into corresponding holes in the frame or in the casing of the machine, a certain number of holes. being staggered between lower and upper limits thus allowing almost instantaneous adaptation of the machine.
It goes without saying that the invention is not limited to the material means described above and that it is possible to use, for the application of the process of the invention, equivalent means or equivalent function.
The invention extends to said means or machines as well as to the essential elements of said means and machines and to products, generally packaging resulting from the application of said method and means.