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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.