Appareil de gaufrage d'un film de matière thermoplastique
La présente invention a pour objet un appareil de gaufrage d'un film de matière thermoplastique, notamment de résine synthétique vinylique. Ce gaufrage permet d'imprimer en relief divers motifs décoratifs dans le film. Les films gaufrés trouvent de larges débouchés dans l'industrie d'articles ménagers tels que nappes, rideaux, etc., et sont également utilisés en particulier comme matériaux d'emballage et pour la confection de vêtements imperméables.
L'appareil selon l'invention comprend des moyens pour créer, à l'intérieur d'un tambour à surface gaufrante poreuse, une dépression exerçant un effet de succion à travers ladite surface dans le but de produire ledit gaufrage du film thermoplastique ramolli et disposé de manière à passer autour du tambour le long d'un secteur de ce dernier, Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen destiné à empêcher une diminution de l'effet de succion causée par une infiltration d'air dans ledit tambour au voisinage d'un bord de la partie du film gaufrée par le tambour.
On évite ainsi la création de longues voies d'infiltration le long desquelles de l'air peut s'infiltrer vers l'intérieur du tambour de gaufrage, ce dont il résulterait une définition défectueuse des motifs gaufrés sur le film.
On décrit ci-après, en référence au dessin annexé et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil selon l'invention. Ce dessin comprend les figures suivantes:
Les fig. 1 et 2 montrent, schématiquement et respectivement en vue de côté et en coupe suivant 2-2 de la fig. 1, une première forme d'exécution.
La fig. 3 montre, en vue en bout, le tambour gaufreur de la fig. 2.
La fig. 4 montre, à plus grande échelle, un détail de la fig. 2.
La fig. 5 montre, en coupe axiale, une partie du rouleau et manchon gaufreur de la fig. 2 et la manière dont le film thermoplastique est en contact avec eux ainsi qu'un agencement des moyens d'étanchéité pour empêcher la pénétration de l'air dans le tambour gaufreur.
La fig. 6 montre, à plus grande échelle, un détail de la fig. 5.
Les fig. 7 et 8 montrent, respectivement en élévation (après coupe suivant 7-7 de la fig. 1) et en vue de côté, les organes de support et de guidage réglables pour les moyens d'étanchéité.
La fig. 9 montre, schématiquement, une deuxième forme d'exécution.
La fig. 10 montre, à plus grande échelle et en coupe suivant 10-10 de la fig. 9, une partie de cette deuxième forme d'exécution.
La fig. 1 1 montre, en coupe transversale (parties en élévation), le manchon gaufreur et le film en matière thermoplastique quand ils viennent initialement en contact l'un de l'autre.
La fig. 12 montre, en élévation (parties en coupe et parties arrachées), une variante du tambour gaufreur.
Dans la forme d'exécution montrée sur la fig. 1, le film thermoplastique 20 déroulé d'une bobine d'alimentation à l'aide d'un dispositif tendeur qui est déplaçable angulairement et comporte deux tiges écartées 23 sur et entre lesquelles le film 20 glisse et dont la position angulaire par rapport au chemin suivi par le film et déterminé à l'aide de la bobine d'alimentation 21 et du rouleau fou 24, règle la tension du film. Le rouleau fou 24 ainsi qu'un rouleau tendeur 25 et un rouleau presseur 26 sont montés de manière à pouvoir tourner entre une paire de bras pivotants 27 dont un seul est montré, ces bras- pouvant tourner autour d'un pivot 28.
Le rouleau tendeur 25 comporte plusieurs lamelles allongées 29 déplaçables longitudinalement suivant une amplitude limitée les unes par rapport aux autres. Par conséquent, quand le film passe autour du rouleau tendeur 25, des lamelles adjacentes sont déplacées alternativement dans des sens opposés parallèlement à la surface du film qui est en contact avec elles, ce qui étale le film 20 dans le sens latéral et fait disparaître les plis tout en tendant la matière à un degré limité dans un sens transversal. Depuis le rouleau tendeur 25, le film 20 passe sur le rouleau presseur 26 dont la surface est recouverte de caoutchouc ou d'une autre matière appropriée ayant un coefficient de frottement élevé.
Le film, après être passé
autour du rouleau presseur 26, vient en contact avec la surface d'un premier tambour 30
qui est actionné par une transmission à vitesse réglable pour permettre la variation de sa vitesse dans un but indiqué plus loin. En pratique, le poids des bras 27 et des organes qu'ils supportent est suffisant pour éviter le glissement entre le film 20 et la surface du tambour 30. Celui-ci peut tourner autour de son axe et comporte de préférence une entrée et une sortie axiales pour permettre l'introduction d'un fluide chauffant dans la cavité du tambour.
Pour simplifier le dessin, on montre seulement l'entrée 31, mais il est évident qu'une sortie appropriée est également prévue. Des fluides de chauffage appropriés pour le tambour 30 ainsi que les autres tambours de chauffage décrits plus loin comprennent de la vapeur d'eau, de l'huile chaude ou de l'eau chaude.
Les tambours 32 et 33 peuvent tourner pour recevoir le film 20 l'un après l'autre, le tambour 32 recevant le film quittant le tambour 30 et le tambour 33 reprenant le film du tambour 32. Le tambour 34 peut également tourner et constitue le tambour de chauffage final et au-delà de ce tambour le film passe sur une partie du tambour gaufreur 35. Dans le cas de films thermoplastiques en chlorure de polyvinyle, tous les tambours 30, 32 à 34, munis d'entrées et de sorties appropriées pour un milieu chauffant comme décrit plus haut à propos du tambour 30, sont chauffés pour obtenir un chauffage approprié du film afin qu'il soit déjà à une température convenant pour le gaufrage quand il vient en contact avec le tambour du gaufrage.
Chacun des tambours 32 à 34 est entraîné positivement, par exemple par des chaînes et des pignons à chaîne appropriés actionnés par une meme commande qui est celle prévue pour le premier tambour 30 mais avec un léger décalage en avant pour maintenir le film 20 à l'état tendu pendant qu'il est chauffé pour empêcher le plissement du film à cause de la dilatation.
Le tambour gaufreur 35 est entraîné, d'une manière analogue, à une vitesse périphérique égale à la vitesse du film qui avance et sa cavité interne est reliée à une pompe aspirante
(non représentée). Le vide partiel, créé à l'intérieur du tambour gaufreur 35, agit à travers la matière de gaufrage décrite plus loin, ce qui provoque le gaufrage du film. Le tambour gaufreur 35 n'est pas chauffé mais n'est séparé du tambour chauffant final 34 que par l'intervalle nécessaire pour permettre le passage du film thermoplastique chauffé 20. Le chemin en forme de S, suivi par le film lorsqu'il passe autour du tambour 34 et le tambour gaufreur 35, facilite le passage du film entre ces tambours avec un minimum de perte de chaleur.
Le gaufrage du film 20 a lieu pendant les premiers centimètres de son passage autour du tambour gaufreur sur lequel il refroidit sur place, jusqu'à une température suffisamment basse pour qu'il puisse être détaché par le rouleau séparateur 36 d'où le film avance sur des rouleaux fous 37 vers des rouleaux refroidisseurs 38, 39 en passant ensuite sur des moyens propres à enlever l'agent refroidisseur liquide, désignés d'une manière générale par 40, avant d'aboutir à la bobine enrouleuse 41.
Un fluide refroidisseur liquide, tel que l'eau, est utilisé pour refroidir le film 20 après qu'il a été gaufré et pendant qu'il se trouve encore sur le tambour gaufreur. L'eau est dirigée vers la surface exposée du film 20 ou projetée sur celle-ci, à l'aide de tubes perforés 42. Un collecteur de gouttes 43 est prévu, comme montré, pour recueillir le liquide qui peut tomber du film.
Comme bien visible sur les fig. 2, 3 et 4, le tambour gaufreur 35 comprend un arbre tubulaire allongé 45 fermé à une extrémité par un capuchon 46 et relié, par son autre extrémité, à une pompe aspirante. Une paire de plaques d'extrémité annulaires 47, comprenant chacune un trou central, sont fixées sur l'arbre 45 respectivement à proximité des deux extrémités de celui-ci. Plusieurs soutiens annulaires 48, comportant également des trous centraux, sont répartis le long de l'arbre 45 et sont calés sur celui-ci entre les plaques d'extrémités 47. La liaison entre les plaques d'extrémité 47 et l'arbre 45 est rendue étanche à l'air à l'aide de joints annulaires 49 serrés entre les plaques et les épaulements prévus, à cet effet, sur l'arbre 45.
Les parties périphériques des plaques d'extrémité 47 et des soutiens 48 supportent un manchon gaufreur cylindrique 50 dans lequel sont ménagés un grand nombre de trous 51 écartés les uns des autres. Un contact efficace ainsi qu'un joint étanche à l'air, aisément démontable, sont prévus entre chacune des plaques d'extrémité 47 et le manchon 50. Ceci est réalisé en prévoyant une gorge annulaire 52 sur la face externe de chacune des plaques d'extrémité 47. Un organe tubulaire gonflable 53, muni d'une valve 54 faisant saillie sur cet organe, est logé dans chacune des gorges 50 qui sont ouvertes radialement vers l'extérieur à proximité de la périphérie de chaque plaque d'extrémité 47. Quand les organes 53 sont gonflés, ils sont serrés respectivement contre les extrémités du manchon 50 et les plaques d'extrémité correspondantes 47 pour former un joint étanche à l'air entre celles-ci.
Le manchon 50 peut être dégagé aisément des plaques d'extrémité 47 et des supports 48 quand les organes tubulaires 53 sont dégonflés.
L'arbre 45, le long de la partie qui s'étend entre les plaques d'extrémité 47, comporte plusieurs trous 55 par lesquels la partie interne de l'arbre 45 communique avec l'intérieur du manchon cylindrique 50. En variante, les supports 48 peuvent également être perforés pour réduire au minimum la possibilité d'une répartition irrégulière de la pression, dans le sens axial, à l'intérieur du manchon 50. La surface externe du manchon 50 est recouverte d'une matière poreuse 56 formant la surface active du tambour gaufreur. Comme décrit en détail plus loin, les perforations 51 du manchon 50 ont une forme telle et la matière 56 destinée à former le gaufrage est appliquée de manière telle sur la surface du manchon 50 que l'on évite la formation de longs chemins d'infiltration circonférentiels.
La nature de la matière 56, utilisée pour former le gaufrage, dépend du genre du dessin que l'on désire obtenir le long du film thermoplastique 20. Ces matières peuvent varier entre des limites écartées et comprennent des tissus ou des tricots ainsi que d'autres substances, mais il est essentiel qu'elles soient suffisamment poreuses pour produire le gaufrage du film quand une dépression ou aspiration agit au travers de la matière 56. En pratique, la longueur axiale de la partie perforée du manchon 50 et de la matière 56 destinée à former le gaufrage doit au moins être égale à la largeur de la matière à gaufrer. Généralement la largeur du film 20 est un peu plus petite que la longueur axiale de la surface formant le gaufrage.
Des bandes annulaires imperméables 57, qui peuvent être formées par des rubans rendus collants en permanence, sont appliqués sur les parties périphériques du manchon gaufreur de sorte que l'air ne peut pas pénétrer dans les parties de la surface de la matière 56 destinée à former le gaufrage, et ainsi recouvertes en laissant subsister une surface active pour la formation du gaufrage, la longueur axiale de cette surface se rapprochant de la largeur de la matière à gaufrer tout en étant un peu plus grande.
La différence entre les dimensions du film 20 et la longueur axiale de la surface gaufrant non couverte par les bandes imperméables 57 peut varier jusqu'à un certain degré mais il est avantageux qu'elle soit inférieure à la largeur totale des moyens (décrits plus loin) prévus à proximité de chaque extrémité du tambour gaufreur pour empêcher les fuites de l'air le long des bords latéraux du film 20 quand celui-ci est en contact avec le tambour.
Dans la forme d'exécution montrée sur les fig. 1 et 5 à 8, deux paires de courroies sans fin 60 sont supportées de manière à passer partiellement autour des extrémités du tambour gaufreur 35, au voisinage immédiat de celui-ci.
Pour faciliter l'usage des courroies 60 en combinaison avec des films thermoplastiques de largeur très différente, les courroies 60 sont montées de manière telle qu'elles peuvent être rapprochées ou écartées l'une de l'autre par déplacement latéral. Sur la face de chacune des courroies 60, qui se trouve du côté du tambour gaufreur 35 est fixée une bande sans fin 61, assurant l'étanchéité, en caoutchouc ou en une autre matière flexible et imperméable appropriée.
Comme bien visible sur les fig. 5 et 6, les courroies 60 portant les bandes d'étanchéité
61 sont disposées de manière telle que chacune
de ces bandes 61 peut assurer l'étanchéité de la surface exposée de la matière gaufrante 56, entre le bord voisin du film 20 et le ruban imperméable correspondant 57. n est évident que grâce à la dépression produite dans le tambour gaufreur 35, chacune des bandes d'étanchéité 61 est attirée contre la matière gaufrante découverte puisque les bandes d'étanchéité sont seulement attachées le long de leurs parties marginales aux courroies 60, comme visible en 62, et sont libres d'être attirées, par aspiration, jusqu'à être en contact étanche avec la matière gaufrante. Il en résulte que les fuites d'air dans le sens de la flèche 63 (fig. 6) par la matière gaufrante, à côté et sous les parties périphériques du film 20, sont évitées.
Les moyens pour supporter et guider les courroies 60, 61 comprennent un organe de guidage allongé 64, supporté entre des parties 65 du châssis (fig. 7) et parallèle au tambour gaufreur 35 en étant écarté de celui-ci. Des organes de support 66, 67 peuvent coulisser chacun le long de l'organe de guidage 64 et sont reliés respectivement par des parties taraudées à des tiges filetées 68, 69 qui ont respectivement des filetages dans des directions opposées l'un par rapport à l'autre, ces tiges étant en outre reliées entre elles par un manchon 70 et sont supportées dans les parties 65 du châssis de manière à être parallèles à l'organe de guidage 64 et au tambour gaufreur 35.
La rotation de manivelles 71 montées respectivement sur les tiges filetées 68 et 69 sert à faire tourner celles-ci dans le même sens, ce qui provoque le rapprochement ou l'écartement des organes de support 66 et 67, suivant le cas.
Un nombre approprié de poulies alignées sont prévues sur chacun des organes de support 66, 67. Une de ces poulies, par exemple celle désignée par 72a, forme avantageusement une poulie de tension et, à cet effet, son arbre est monté de manière à pouvoir être déplacé verticalement dans une ouverture allongée 73 ménagée dans l'organe de support correspondant 66 ou 67. Quand un effort plus grand que celui du poids de la poulie 72a, à elle seule, est nécessaire, des poids additionnels, comme ceux désignés par 74, peuvent être montés sur
son arbre. Les courroies 60 sont entraînées à une vitesse égale à la vitesse périphérique du tambour 35 à cause du contact des courroies d'étanchéité avec celui-ci.
De même, un arbre entraîneur 75 est tourillonné dans la partie 65 du châssis, cet arbre portant une roue tangente 76 entraînée par une vis sans fin 77 qui, à son tour, est reliée à des organes moteurs prévus pour faire tourner les tambours 30, 32-34 et le tambour gaufreur 35. L'arbre entraîneur 75 est relié à une des poulies 72 de chaque organe de support 66, 67 par des chaînes 78 et des pignons à chaîne 79. Quand on désire déplacer les parties 66, 67 du châssis, on commence par desserrer des vis de blocage latérales 80 qui servent à fixer chacun des pignons 79 sur l'arbre moteur 75. Après que le réglage voulu des parties 66, 67 du châssis a eu lieu, on fait coulisser les pignons 79 d'une manière correspondante et on serre à nouveau les vis de blocage 80.
Comme dit plus haut, le film thermoplastique 20 est chauffé jusqu'à la température convenant au gaufrage avant d'être appliqué contre le tambour gaufreur 35. Immédiatement après que le gaufrage a lieu et pendant qu'il passe autour du tambour gaufreur, le film est refroidi notablement au-dessous de sa température de gaufrage de sorte qu'il peut être détaché du tambour gaufreur. Par conséquent, le tambour gaufreur 35 est maintenu à une température bien au-dessous de la température de gaufrage du film. L'opération de gaufrage proprement dite, par laquelle on entend la déformation du film afin que la surface de celui-ci corresponde à celle de la matière gaufrante 56, a lieu sur les premiers centimètres suivant lesquels le film 20 se déplace autour du tambour gaufreur.
Afin que les courroies d'étanchéité 61 puissent exercer, au maximum, l'effet désiré, elles doivent occuper une position dans laquelle elles sont serrées autant que possible contre le tambour gaufreur aux endroits où le film thermoplastique 20 vient d'abord en contact avec le tambour. Comme visible sur la fig. 1, des rouleaux 81 sont placés très près du tambour 34, ce qui est facilité par le fait que l'on utilise des rouleaux ayant un diamètre relativement petit, comme montré, ce qui permet de placer chacun des rouleaux 81 (un seulement est montré sur la fig. 1) dans l'angle formé entre le tambour 34 et le tambour gaufreur 35.
Le film 20 a une tendance a adhérer à la matière gaufrante 56 à cause du contact intime entre eux pendant le gaufrage du film. Si le film thermoplastique accompagne le tambour gaufreur assez loin pour atteindre la ligne le long de laquelle le film thermoplastique rejoint le tambour gaufreur après avoir quitté le tambour chauffant 34, la machine doit être arrêtée et on doit remédier à ce défaut pour éviter que le film soit abîmé. Pour éviter cet effet, le rouleau séparateur 36 est relié aux organes entraîneurs par des chaînes et des pignons appropriés à l'aide d'un régulateur de vitesse 83 afin que ce rouleau puisse être entraîné à une vitesse plus grande que la vitesse périphérique du tambour gaufreur 35 de manière à exercer un effet de traction positif sur le film thermoplastique, ce - qui empêche que le film tourne autour du tambour gaufreur au-delà de la ligne de séparation.
De plus, la paroi du rouleau séparateur 36 est perforée et l'intérieur de ce rouleau est relié à une pompe aspirante. La succion exercée sur le film thermoplastique par le rouleau séparateur 36 est notablement inférieure à celle produite par le tambour gaufreur 35. Par exemple, on peut créer, dans le rouleau séparateur 36 une dépression correspondant à environ 100 ou 125 mm d'eau alors que celle produite dans le tambour gaufreur 35 peut être d'environ 340 à 420 cm d'eau.
Dans la forme d'exécution montrée sur les fig. 9 et 10, le film thermoplastique 20 est chauffé jusqu'à la température de gaufrage comme décrit en référence à la fig. 1 et il passe depuis le tambour de chauffage 34 sur le tambour gaufreur 35. Sur celui-ci le film est refroidi par une courroie refroidissante 90 qui, de préférence, est un peu plus large que le film.
Un tambour refroidisseur 91, muni d'une entrée reliée par un conduit 92 à une source d'un fluide refroidisseur approprié, tel que l'eau, et d'une sortie (non montrée) pour ce fluide, est supporté de manière à pouvoir tourner à proximité du tambour gaufreur 35.
Comme la courroie refroidissante 90 est entraînée à la vitesse périphérique du tambour gaufreur 35, le tambour 91 doit avoir un diamètre assez grand pour qu'on obtienne un refroidissement suffisant de la courroie 90.
On a constaté, en pratique, qu'un rapport d'environ 2:1 entre les diamètres du tambour refroidisseur 91 et du tambour gaufreur 35 donne satisfaction. Comme décrit à propos des rouleaux 81, le rouleau 98 a un diamètre relativement petit et est monté à proximité immédiate du tambour 34. Après avoir passé autour du tambour gaufreur 35, la courroie refroidissante 90 passe sur le rouleau 93 et, ensuite, sur le rouleau 94 qui est supporté de manière qu'il soit partiellement immergé dans l'eau froide. Celle-ci sert au refroidissement préalable de la courroie 90 pour évacuer une partie de la chaleur provenant du film thermoplastique 20 avant que la courroie 90 atteigne le tambour refroidisseur 91. Le rouleau 95 correspond aux poulies de tension 72a.
Il est monté de manière à pouvoir se déplacer suivant un mouvement vertical limité afin que la courroie refroidissante 90 soit maintenue suffisamment tendue.
On voit clairement sur la fig. 10 qu'on a recours à deux courroies d'étanchéité 96 analogues aux courroies 61 dont il a été question ci-dessus, chacune de ces courroies étant reliée à une des parties périphériques de la courroie 90. La largeur de la courroie refroidissante 90 est choisie de manière telle, par rapport à celle du film thermoplastique et par rapport à la longueur du tambour gaufreur que les courroies d'étanchéité 96 occupent une position dans laquelle elles assurent l'étanchéité des surfaces exposées de la matière gaufrante 56 à proximité de chaque bord du film thermoplastique 20.
Des moyens d'aspiration non représentés provoquent un effet de succion à travers la surface cylindrique du tambour 35, sur toute sa circonférence. Il y a certains avantages pratiques bien définis de faire agir la succion sur 3600 de la surface du tambour gaufreur contrairement à ce qui se produit avec un tambour comprenant un sabot interne sur lequel le tambour rotatif glisse pour empêcher l'entrée d'air par ce secteur du pourtour du tambour.
Il est évident que la fabrication d'un tambour du genre cité en dernier lieu est très coûteuse à cause du contact très précis que l'on doit obtenir entre le sabot et la paroi latérale du tambour. De plus, la paroi latérale doit être parfaitement circulaire, car pendant que le tambour tourne, elle doit frotter contre le sabot interne ayant un rayon constant. Pour permettre le gaufrage de films avec des dessins différents, il est, en pratique, nécessaire avec un tambour du type à sabot et à secteur d'utiliser, pour chaque dessin différent, un tambour complet avec ses parties constitutives internes et externes. L'utilisation d'un autre dessin ne peut donc pas se faire d'une manière rapide et économique.
Par contre, l'utilisation d'un tambour gaufreur tel que le tambour 35 supprime l'intervention d'un sabot interne et on a constaté que des gaufrages excellents peuvent être obtenus sans qu'il soit nécessaire que l'enveloppe du tambour gaufreur ait des dimensions très précises. Le résultat final est que, dans les formes d'exécution décrites de l'appareil selon l'invention, les mêmes organes internes du tambour peuvent être utilisés quand on change de dessin et il suffit de substituer une nouvelle enveloppe ou gaine, portant le dessin voulu, à la précédente. Comme on doit seulement préparer une nouvelle enveloppe et comme des tolérances plus grandes sont permises pour les dimensions du tambour, il en résulte un grand avantage pratique en ce qu'elle permet l'utilisation rapide et économique de nouveaux modèles tout en permettant d'obtenir des gaufrages très satisfaisants.
On a constaté que lorsqu'une zone d'environ 900 de la surface du tambour gaufreur reste découverte entre l'endroit où le film thermoplastique quitte le tambour et celui où il vient en contact avec celui-ci, il est possible de maintenir un vide suffisant dans le tambour pour obtenir un gaufrage convenable. Les dimensions et la répartition des trous 51, ménagés dans le manchon gaufreur 50, sont importantes car des dimensions excessives et une concentration trop grande de ces trous empêchent ou tout au moins ne permettent pas, d'une manière économique, de maintenir un vide suffisant dans le tambour gaufreur pour qu'on obtienne le gaufrage des films thermoplastiques. Par ailleurs, les trous 51 doivent être suffisamment grands et rapprochés pour que la succion utilisée produise un bon gaufrage.
On a constaté qu'avec des matières gaufrantes les plus couramment utilisées, les trous 51 peuvent avoir un diamètre compris entre environ l mm avec un écartement de 25 mm de centre à centre et un diamètre d'environ 1,6 mm avec un écartement d'environ 25 mm dans le sens circonférentiel et d'environ 50 mm dans le sens axial par rapport au tambour. Avec des dimensions et une répartition des trous de l'ordre susindiqué, une pompe ayant un débit d'air d'environ 4,250 m3 à 5,650 m3 par minute permet d'obtenir une dépression d'environ 125 à 380 mm de mercure. Les dimensions d'un exemple d'application pratique sont les suivantes: le manchon cylindrique 50 a un diamètre de 305 mm et une longueur axiale de 1525 mm. Des trous ayant un diamètre d'environ 25 mm et un écartement de 25 mm de centre à centre sont ménagés dans le manchon.
Quand on laisse subsister un espace vide d'environ 75 avec une pompe ayant un débit d'air de 4,250 m3 par minute, on obtient aisément un vide convenant pour le gaufrage.
Pour des raisons qui sont décrites ci-dessous, les trous 51 sont répartis axialement suivant des lignes relativement droites le long du manchon 50. La matière gaufrante 56, qui peut être constituée par un morceau de tissu qui a une largeur égale à celle du pourtour de la face externe du manchon 50 et qui comporte au moins une reproduction complète du dessin du gaufrage que l'on veut obtenir, est fixée à ladite face externe du manchon gaufreur 50 à l'aide d'une colle thermodurcissable. La colle est appliquée sur la face externe du manchon 50 suivant des bandes axiales qui s'étendent chacune entre chaque paire voisine de trous 51. La matière gaufrante 56 est alors mise en place autour du manchon et la colle est chauffée.
Comme visible sur la fig. 11, la colle relie non seulement la matière gaufrante au manchon 50, mais remplit également les interstices de la matière pour former des bandes imperméables 97 qui empêchent le passage de l'air dans le sens circonférentiel à travers la matière gaufrante en limitant ainsi la longueur des chemins, suivant lesquels des fuites peuvent se produire dans le sens circonférentiel, à une valeur notablement moindre que les intervalles existant entre des rangées adjacentes de trous 51.
Une variante pour obtenir un gaufrage uniforme du film thermoplastique le long de chacun des bords latéraux du film est montrée sur là fig. 12 ; le tambour gaufreur 100, analogue à celui désigné par 35 sur les figures précédentes, comprend un manchon cylindrique 101 comportant, en plus des trous 102 correspondant aux trous 51 du manchon 50, des trous 103 disposés suivant deux bandes annulaires 104 adjacentes aux extrémités opposées du manchon 101. Comme dans le cas précédent, la matière gaufrante 56 est appliquée sur un manchon cylindrique 101 et ses extrémités sont rendues étanches par les bandes imperméables 57.
Les dimensions du manchon cylindrique 101, comparativement à la largeur du film thermoplastique 20, sont telles qu'un faible intervalle ayant une largeur d'environ 25 mm subsiste entre les bords du film thermoplastique et de la bande correspondante 104, comme indiqué en 105. Les trous 103 sont disposés de manière telle qu'ils se trouvent sous l'intervalle 105 ainsi que sous les parties marginales du film thermoplastique 20 et qu'ils soient notablement plus rapprochés les uns des autres que les trous 102. Quand l'intérieur du tambour gaufreur 100 est relié à une pompe aspirante, une succion plus grande est exercée sur les parties marginales du film thermoplastique 20 qui recouvrent les trous 103 que sur la partie restante du film qui recouvre les trous 102.
Le nombre de trous 103, ménagés par unité de surface des bandes 104 est tel qu'une succion continuelle suffisante est exercée sur les bords du film pour obtenir un gaufrage satisfaisant. Alors que les parties non recou vertes des bandes 104 le long de l'arc du tambour laissé libre par le film augmentent, à un certain degré, le débit avec lequel l'air peut pénétrer dans le tambour, cet effet est toutefois si petit que le gaufrage n'a pas à en souffrir. Cette disposition présente un inconvénient en ce sens que les bandes 104 doivent être relativement étroites de sorte que, pour des films dont les largeurs varient notablement, on doit avoir recours à des tambours gaufreurs différents.
Les tambours refroidisseurs 38, 39 (fig. 1) comportent chacun des entrées 107 pour un fluide refroidisseur approprié, tel que l'eau froide, les sorties pour ce fluide n'étant pas montrées.
Les moyens 40, pour enlever le fluide refroidisseur, comprennent des tubes fendus 108, 109 qui servent à enlever le fluide du film 20, une cuvette 110 occupant un emplacement tel qu'elle puisse recueillir le fluide qui tombe de celui-ci. Après avoir passé sur les tubes fendus 108, 109, le film 20 avance sur un rouleau fou 111 vers un rouleau aspirateur perforé 112 avec une entrée axiale 113 reliée à une pompe aspirante (non montrée) qui sert à maintenir à peu près le même vide partiel dans le rouleau 112 que dans le rouleau séparateur 36.
Apparatus for embossing a film of thermoplastic material
The present invention relates to an apparatus for embossing a film of thermoplastic material, in particular of vinyl synthetic resin. This embossing makes it possible to emboss various decorative patterns in the film. Embossed films find wide markets in the household articles industry such as tablecloths, curtains, etc., and are also used in particular as packaging materials and for making waterproof garments.
The apparatus according to the invention comprises means for creating, inside a drum with a porous embossing surface, a vacuum exerting a suction effect through said surface for the purpose of producing said embossing of the softened and arranged thermoplastic film. so as to pass around the drum along a sector of the latter, This apparatus is characterized by the fact that it comprises a means intended to prevent a decrease in the suction effect caused by an infiltration of air into said drum in the vicinity of an edge of the part of the film embossed by the drum.
This prevents the creation of long infiltration paths along which air can infiltrate towards the inside of the embossing drum, which would result in a defective definition of the embossed patterns on the film.
Several embodiments of the apparatus according to the invention are described below with reference to the accompanying drawing and by way of example. This drawing includes the following figures:
Figs. 1 and 2 show, schematically and respectively in side view and in section along 2-2 of FIG. 1, a first embodiment.
Fig. 3 shows, in end view, the embossing drum of FIG. 2.
Fig. 4 shows, on a larger scale, a detail of FIG. 2.
Fig. 5 shows, in axial section, part of the roll and embossing sleeve of FIG. 2 and the manner in which the thermoplastic film is in contact with them as well as an arrangement of the sealing means to prevent the penetration of air into the embossing drum.
Fig. 6 shows, on a larger scale, a detail of FIG. 5.
Figs. 7 and 8 show, respectively in elevation (after section along 7-7 of FIG. 1) and in side view, the adjustable support and guide members for the sealing means.
Fig. 9 shows, schematically, a second embodiment.
Fig. 10 shows, on a larger scale and in section along 10-10 of FIG. 9, part of this second embodiment.
Fig. January 1 shows, in cross section (parts in elevation), the embossing sleeve and the thermoplastic film when they initially come into contact with each other.
Fig. 12 shows, in elevation (parts in section and parts broken away), a variant of the embossing drum.
In the embodiment shown in FIG. 1, the thermoplastic film 20 unwound from a supply reel using a tensioning device which is angularly movable and comprises two spaced rods 23 on and between which the film 20 slides and whose angular position relative to the path followed by the film and determined using the feed spool 21 and idle roll 24, adjusts the film tension. The idle roller 24 as well as a tension roller 25 and a pressure roller 26 are mounted so as to be able to rotate between a pair of pivoting arms 27, only one of which is shown, these arms being able to rotate about a pivot 28.
The tension roller 25 comprises several elongate strips 29 movable longitudinally according to a limited amplitude with respect to each other. Therefore, as the film passes around the tension roll 25, adjacent lamellae are alternately moved in opposite directions parallel to the surface of the film which is in contact with them, which spreads the film 20 in the lateral direction and causes the film to disappear. folds while stretching the material to a limited extent in a transverse direction. From the tension roll 25, the film 20 passes over the pressure roll 26, the surface of which is covered with rubber or other suitable material having a high coefficient of friction.
The film, after passing
around the pressure roller 26, comes into contact with the surface of a first drum 30
which is operated by an adjustable speed transmission to allow the variation of its speed for a purpose indicated later. In practice, the weight of the arms 27 and of the members which they support is sufficient to prevent slipping between the film 20 and the surface of the drum 30. The latter can rotate around its axis and preferably comprises an inlet and an outlet. axial to allow the introduction of a heating fluid in the cavity of the drum.
To simplify the drawing, only the inlet 31 is shown, but it is obvious that a suitable outlet is also provided. Suitable heating fluids for drum 30 as well as the other heating drums described later include steam, hot oil or hot water.
The drums 32 and 33 can rotate to receive the film 20 one after the other, the drum 32 receiving the film leaving the drum 30 and the drum 33 taking up the film from the drum 32. The drum 34 can also rotate and constitutes the final heating drum and beyond this drum the film passes over part of the embossing drum 35. In the case of thermoplastic polyvinyl chloride films, all drums 30, 32 to 34, provided with suitable inlets and outlets for a heating medium as described above in connection with the drum 30, are heated to obtain a suitable heating of the film so that it is already at a temperature suitable for embossing when it comes into contact with the embossing drum.
Each of the drums 32 to 34 is positively driven, for example by chains and appropriate chain sprockets actuated by the same control which is that provided for the first drum 30 but with a slight forward offset to keep the film 20 at the same time. stretched state while heated to prevent wrinkling of the film due to expansion.
The embossing drum 35 is driven, in an analogous manner, at a peripheral speed equal to the speed of the advancing film and its internal cavity is connected to a suction pump.
(not shown). The partial vacuum, created inside the embossing drum 35, acts through the embossing material described later, causing the film to emboss. The embossing drum 35 is not heated but is separated from the final heating drum 34 only by the gap necessary to allow the passage of the heated thermoplastic film 20. The S-shaped path followed by the film as it passes. around the drum 34 and the embossing drum 35, facilitates the passage of the film between these drums with a minimum of heat loss.
The embossing of the film 20 takes place during the first few centimeters of its passage around the embossing drum on which it cools on site, to a temperature sufficiently low so that it can be detached by the separator roll 36 from which the film advances. on idle rollers 37 towards cooling rollers 38, 39, then passing over means suitable for removing the liquid cooling agent, generally designated by 40, before reaching the winding reel 41.
A liquid cooling fluid, such as water, is used to cool the film 20 after it has been embossed and while it is still on the embossing drum. Water is directed to or projected onto the exposed surface of the film 20 by means of perforated tubes 42. A drip collector 43 is provided, as shown, to collect liquid which may fall from the film.
As clearly visible in fig. 2, 3 and 4, the embossing drum 35 comprises an elongated tubular shaft 45 closed at one end by a cap 46 and connected, at its other end, to a suction pump. A pair of annular end plates 47, each comprising a central hole, are fixed to the shaft 45 respectively near the two ends thereof. Several annular supports 48, also comprising central holes, are distributed along the shaft 45 and are wedged on the latter between the end plates 47. The connection between the end plates 47 and the shaft 45 is airtight by means of annular seals 49 clamped between the plates and the shoulders provided for this purpose on the shaft 45.
The peripheral parts of the end plates 47 and of the supports 48 support a cylindrical embossing sleeve 50 in which are formed a large number of holes 51 spaced apart from one another. An effective contact as well as an airtight seal, easily removable, are provided between each of the end plates 47 and the sleeve 50. This is achieved by providing an annular groove 52 on the outer face of each of the plates. end 47. An inflatable tubular member 53, provided with a valve 54 projecting from this member, is housed in each of the grooves 50 which are open radially outwards near the periphery of each end plate 47. When the members 53 are inflated, they are clamped respectively against the ends of the sleeve 50 and the corresponding end plates 47 to form an airtight seal between them.
The sleeve 50 can be easily disengaged from the end plates 47 and the supports 48 when the tubular members 53 are deflated.
The shaft 45, along the part which extends between the end plates 47, has several holes 55 through which the inner part of the shaft 45 communicates with the interior of the cylindrical sleeve 50. Alternatively, the brackets 48 may also be perforated to minimize the possibility of uneven pressure distribution, in the axial direction, within the sleeve 50. The outer surface of the sleeve 50 is covered with a porous material 56 forming the active surface of the embossing drum. As described in detail below, the perforations 51 of the sleeve 50 have such a shape and the material 56 intended to form the embossing is applied in such a way on the surface of the sleeve 50 that the formation of long infiltration paths is avoided. circumferential.
The nature of the material 56, used to form the embossing, depends on the kind of design desired along the thermoplastic film 20. These materials can vary within wide limits and include fabrics or knits as well as fabrics. other substances, but it is essential that they are sufficiently porous to produce the embossing of the film when a vacuum or suction acts through the material 56. In practice, the axial length of the perforated part of the sleeve 50 and of the material 56 intended to form the embossing must at least be equal to the width of the material to be embossed. Usually the width of the film 20 is a little smaller than the axial length of the surface forming the embossing.
Impervious annular bands 57, which may be formed by permanently tacky tapes, are applied to the peripheral portions of the embossing sleeve so that air cannot enter the portions of the surface of the material 56 intended to form. embossing, and thus covered while leaving an active surface for the formation of the embossing, the axial length of this surface approaching the width of the material to be embossed while being a little larger.
The difference between the dimensions of the film 20 and the axial length of the embossing surface not covered by the impermeable strips 57 may vary to a certain degree but it is advantageous if it is less than the total width of the means (described below. ) provided near each end of the embossing drum to prevent air leakage along the side edges of the film 20 when the latter is in contact with the drum.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 5 to 8, two pairs of endless belts 60 are supported so as to pass partially around the ends of the embossing drum 35, in the immediate vicinity thereof.
To facilitate the use of the belts 60 in combination with thermoplastic films of very different width, the belts 60 are mounted in such a way that they can be brought closer or apart from each other by lateral displacement. On the face of each of the belts 60, which is on the side of the embossing drum 35 is fixed an endless belt 61, ensuring the seal, of rubber or other suitable flexible and waterproof material.
As clearly visible in fig. 5 and 6, the belts 60 carrying the sealing strips
61 are arranged in such a way that each
of these strips 61 can seal the exposed surface of the embossing material 56, between the neighboring edge of the film 20 and the corresponding waterproof tape 57. It is evident that thanks to the vacuum produced in the embossing drum 35, each of the Sealing strips 61 is attracted against the uncovered embossing material since the sealing strips are only attached along their marginal portions to the straps 60, as seen at 62, and are free to be drawn, by suction, up to be in sealed contact with the embossing material. As a result, air leakage in the direction of arrow 63 (Fig. 6) by the embossing material, beside and under the peripheral parts of the film 20, is avoided.
The means for supporting and guiding the belts 60, 61 comprise an elongated guide member 64, supported between parts 65 of the frame (Fig. 7) and parallel to the embossing drum 35, being spaced therefrom. Support members 66, 67 are each slidable along the guide member 64 and are respectively connected by threaded portions to threaded rods 68, 69 which respectively have threads in opposite directions with respect to each other. 'Another, these rods being further interconnected by a sleeve 70 and are supported in the parts 65 of the frame so as to be parallel to the guide member 64 and to the embossing drum 35.
The rotation of cranks 71 respectively mounted on the threaded rods 68 and 69 serves to rotate the latter in the same direction, which brings about the bringing together or the separation of the support members 66 and 67, as the case may be.
A suitable number of aligned pulleys are provided on each of the support members 66, 67. One of these pulleys, for example that designated by 72a, advantageously forms a tension pulley and, for this purpose, its shaft is mounted so as to be able to be moved vertically in an elongated opening 73 made in the corresponding support member 66 or 67. When a force greater than that of the weight of the pulley 72a, by itself, is required, additional weights, such as those designated by 74 , can be mounted on
his tree. The belts 60 are driven at a speed equal to the peripheral speed of the drum 35 because of the contact of the sealing belts therewith.
Likewise, a drive shaft 75 is journalled in part 65 of the chassis, this shaft carrying a tangent wheel 76 driven by a worm 77 which, in turn, is connected to motor members provided to rotate the drums 30, 32-34 and the embossing drum 35. The drive shaft 75 is connected to one of the pulleys 72 of each support member 66, 67 by chains 78 and chain sprockets 79. When it is desired to move the parts 66, 67 of the chassis, one begins by loosening side locking screws 80 which serve to fix each of the pinions 79 on the motor shaft 75. After the desired adjustment of the parts 66, 67 of the chassis has taken place, the pinions 79 d are slid. 'correspondingly and tighten the locking screws 80 again.
As stated above, the thermoplastic film 20 is heated to a temperature suitable for embossing before being applied against the embossing drum 35. Immediately after the embossing takes place and as it passes around the embossing drum, the film is cooled significantly below its embossing temperature so that it can be detached from the embossing drum. Therefore, the embossing drum 35 is maintained at a temperature well below the embossing temperature of the film. The actual embossing operation, by which is meant the deformation of the film so that the surface of the latter corresponds to that of the embossing material 56, takes place over the first few centimeters along which the film 20 moves around the embossing drum. .
In order for the sealing belts 61 to exert, to the maximum, the desired effect, they must occupy a position in which they are as tight as possible against the embossing drum at the places where the thermoplastic film 20 first comes into contact with it. the drum. As seen in fig. 1, rollers 81 are placed very close to drum 34, which is facilitated by using rollers having a relatively small diameter, as shown, allowing each of rollers 81 to be placed (only one is shown). in Fig. 1) in the angle formed between the drum 34 and the embossing drum 35.
The film 20 has a tendency to adhere to the embossing material 56 due to the intimate contact between them during embossing of the film. If the thermoplastic film accompanies the embossing drum far enough to reach the line along which the thermoplastic film joins the embossing drum after leaving the heating drum 34, the machine must be stopped and this defect must be remedied to prevent the film from falling. is damaged. To avoid this effect, the separator roller 36 is connected to the driving members by chains and appropriate sprockets using a speed regulator 83 so that this roller can be driven at a speed greater than the peripheral speed of the drum. embosser 35 so as to exert a positive tensile effect on the thermoplastic film, thereby preventing the film from rotating around the embossing drum beyond the separation line.
In addition, the wall of the separator roller 36 is perforated and the interior of this roller is connected to a suction pump. The suction exerted on the thermoplastic film by the separator roller 36 is notably less than that produced by the embossing drum 35. For example, it is possible to create, in the separator roller 36, a vacuum corresponding to approximately 100 or 125 mm of water, whereas that produced in the embossing drum 35 may be about 340 to 420 cm of water.
In the embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the thermoplastic film 20 is heated to the embossing temperature as described with reference to FIG. 1 and it passes from the heating drum 34 to the embossing drum 35. On this the film is cooled by a cooling belt 90 which is preferably a little wider than the film.
A cooling drum 91, provided with an inlet connected by a conduit 92 to a source of a suitable cooling fluid, such as water, and an outlet (not shown) for this fluid, is supported so as to be able to turn near the embossing drum 35.
Since the cooling belt 90 is driven at the peripheral speed of the embossing drum 35, the drum 91 must have a diameter large enough to achieve sufficient cooling of the belt 90.
It has been found in practice that a ratio of about 2: 1 between the diameters of the cooling drum 91 and the embossing drum 35 is satisfactory. As described in connection with rollers 81, roll 98 has a relatively small diameter and is mounted in close proximity to drum 34. After passing around embossing drum 35, cooling belt 90 passes over roll 93 and then over the roller. roll 94 which is supported so that it is partially submerged in cold water. This serves to pre-cool the belt 90 to remove some of the heat from the thermoplastic film 20 before the belt 90 reaches the cooling drum 91. The roller 95 corresponds to the tension pulleys 72a.
It is mounted so as to be able to move with limited vertical movement so that the cooling belt 90 is kept sufficiently tensioned.
It is clearly seen in fig. 10 that two sealing belts 96 similar to the belts 61 discussed above are used, each of these belts being connected to one of the peripheral parts of the belt 90. The width of the cooling belt 90 is chosen such, with respect to that of the thermoplastic film and with respect to the length of the embossing drum that the sealing belts 96 occupy a position in which they seal the exposed surfaces of the embossing material 56 in the vicinity of each edge of thermoplastic film 20.
Suction means not shown cause a suction effect through the cylindrical surface of the drum 35, over its entire circumference. There are some well-defined practical advantages of having the suction act on 3600 of the surface of the embossing drum unlike what happens with a drum comprising an internal shoe on which the rotating drum slides to prevent the entry of air through it. area around the drum.
It is obvious that the manufacture of a drum of the type last mentioned is very expensive because of the very precise contact which must be obtained between the shoe and the side wall of the drum. In addition, the side wall must be perfectly circular, because as the drum rotates, it must rub against the inner shoe having a constant radius. In order to allow the embossing of films with different designs, it is in practice necessary with a drum of the shoe and sector type to use, for each different design, a complete drum with its internal and external component parts. The use of another design cannot therefore be done in a rapid and economical manner.
On the other hand, the use of an embossing drum such as drum 35 eliminates the need for an internal shoe and it has been found that excellent embossings can be obtained without the need for the casing of the embossing drum to have. very precise dimensions. The end result is that, in the described embodiments of the apparatus according to the invention, the same internal parts of the drum can be used when the design is changed and it suffices to substitute a new casing or sheath, bearing the design. wanted, to the previous one. As one only needs to prepare a new casing and as greater tolerances are allowed for the dimensions of the drum, this results in a great practical advantage in that it allows the rapid and economical use of new models while allowing to obtain very satisfactory embossings.
It has been found that when an area of about 900 of the surface of the embossing drum remains uncovered between where the thermoplastic film leaves the drum and where it comes into contact with it, it is possible to maintain a vacuum. sufficient in the drum to obtain a suitable embossing. The dimensions and the distribution of the holes 51, formed in the embossing sleeve 50, are important because excessive dimensions and too great a concentration of these holes prevent or at least do not economically allow to maintain a sufficient vacuum. in the embossing drum so that the embossing of the thermoplastic films is obtained. Furthermore, the holes 51 must be sufficiently large and close together so that the suction used produces a good embossing.
It has been found that with the most commonly used embossing materials, the holes 51 can have a diameter of between about 1 mm with a 25 mm center-to-center spacing and a diameter of about 1.6 mm with a center-to-center spacing. about 25 mm circumferentially and about 50 mm axially relative to the drum. With dimensions and a distribution of the holes of the above-mentioned order, a pump having an air flow rate of approximately 4.250 m 3 to 5.650 m 3 per minute makes it possible to obtain a depression of approximately 125 to 380 mm of mercury. The dimensions of an example of practical application are as follows: the cylindrical sleeve 50 has a diameter of 305 mm and an axial length of 1525 mm. Holes having a diameter of about 25mm and a center-to-center spacing of 25mm are provided in the sleeve.
When an empty space of about 75 is left with a pump having an air flow rate of 4.250 m3 per minute, a suitable vacuum for embossing is easily obtained.
For reasons which are described below, the holes 51 are distributed axially in relatively straight lines along the sleeve 50. The embossing material 56, which can be constituted by a piece of fabric which has a width equal to that of the periphery. of the outer face of the sleeve 50 and which comprises at least a complete reproduction of the design of the embossing that is to be obtained, is fixed to said outer face of the embossing sleeve 50 using a thermosetting adhesive. The glue is applied to the external face of the sleeve 50 along axial bands which each extend between each neighboring pair of holes 51. The embossing material 56 is then placed around the sleeve and the glue is heated.
As seen in fig. 11, the glue not only connects the embossing material to the sleeve 50, but also fills the interstices of the material to form impermeable bands 97 which prevent the passage of air in the circumferential direction through the embossing material thereby limiting the length paths, along which leaks can occur in the circumferential direction, at a value considerably less than the intervals existing between adjacent rows of holes 51.
An alternative for obtaining uniform embossing of the thermoplastic film along each of the side edges of the film is shown in fig. 12; the embossing drum 100, similar to that designated by 35 in the preceding figures, comprises a cylindrical sleeve 101 comprising, in addition to the holes 102 corresponding to the holes 51 of the sleeve 50, holes 103 arranged in two annular bands 104 adjacent to the opposite ends of the sleeve 101. As in the previous case, the embossing material 56 is applied to a cylindrical sleeve 101 and its ends are sealed by the waterproof strips 57.
The dimensions of the cylindrical sleeve 101, compared to the width of the thermoplastic film 20, are such that a small gap having a width of about 25 mm remains between the edges of the thermoplastic film and the corresponding web 104, as indicated at 105. The holes 103 are so arranged that they lie below the gap 105 as well as the marginal portions of the thermoplastic film 20 and are notably closer to each other than the holes 102. When the interior of the embossing drum 100 is connected to a suction pump, greater suction is exerted on the marginal parts of the thermoplastic film 20 which cover the holes 103 than on the remaining part of the film which covers the holes 102.
The number of holes 103 formed per unit area of the strips 104 is such that sufficient continuous suction is exerted on the edges of the film to obtain satisfactory embossing. While the unstitched portions of the bands 104 along the arch of the drum left free by the film increase, to some degree, the rate with which air can enter the drum, this effect is however so small that embossing does not have to suffer. This arrangement has a drawback in that the bands 104 must be relatively narrow so that, for films of which the widths vary considerably, one must have recourse to different embossing drums.
The cooler drums 38, 39 (Fig. 1) each have inlets 107 for a suitable coolant fluid, such as cold water, the outlets for this fluid not being shown.
The means 40, for removing the cooling fluid, comprise slotted tubes 108, 109 which serve to remove the fluid from the film 20, a bowl 110 occupying a location such that it can collect the fluid which falls therefrom. After passing over the slit tubes 108, 109, the film 20 advances on an idler roll 111 to a perforated vacuum roll 112 with an axial inlet 113 connected to a suction pump (not shown) which serves to maintain approximately the same vacuum. partial in the roll 112 than in the separator roll 36.