Procédé pour former une ligature autour d'un objet
La présente invention a pour objet un procédé pour former une ligature autour d'un objet. Elle concerne notamment la formation d'une ligature au moyen d'une bande thermoplastique.
On a utilisé pendant longtemps des bandes d'acier pour les opérations de fixation et remballage de tous genres. De nombreux dispositifs ont été employés pour fixer les extrémités des bandes d'acier, notamment divers types d'organes de fixation, Ide boucles entourant la bande, de sceaux ou de joints à cisailler. Le principe a toujours été d'établir une boucle autour de l'objet, de resserrer la boucle afin qu'elle engage l'objet et ensuite, les extrémités de la boucle étant alignées et fixées par recouvrement, d'effectuer un sceau pour verrouiller les extrémités de la bande entre elles.
Les bandes de plastique sont apparues beaucoup plus tard comme liens et sont devenues progressivement plus importantes. Il existe un grand nombre d'applications dans lesquelles la bande de plastique est la plus indiquée, particulièrement quand la résistance de l'acier n'est pas nécessaire. Par exemple, la bande plastique est plus élastique que la bande d'acier et peut tre plus facilement étirée que cette dernière, de sorte qu'elle constitue le lien idéal pour des paquets sujets à une dilatation et à une contraction et pour les emballages soumis à des conditions de manutention qui imposent des charges notables sur la bande. Un grand nombre d'anciennes applications et un nombre toujours croissant de nouvelles applications ne nécessitent pas des bandes ayant la résistance de l'acier. En outre, les bandes plastiques présentent une résistance constamment améliorée.
C'est ainsi que des bandes de nylon ou de polypropylène linéairement orientées et couramment fabriquées actuellement offrent une résistance à la traction sensiblement plus élevée que les bandes plastiques initialement introduites il y a quelques années.
Parmi les facteurs qui ont conduit à un usage crois- sant de la bande plastique, on peut citer une plus grande souplesse, une plus grande élasticité et un prix de revient inférieur. Un autre avantage de la bande plastique est sa facilité de manutention.
Au cours du développement de la bande plastique, la fixation des bandes a été très étudiée, comme ce fut le cas pour les bandes d'acier. Le procédé consiste généralement à former une boucle et à la rétrécir et, tout en maintenant les extrémités opposées de la bande fixes et alignées, à effectuer un joint complet en appliquant un organe entourant la bande de la mme façon que pour les bandes d'acier. Le serrage dea cet organe dépend de l'effet du verrouillage mécanique obtenu en déformant ou emplissant la bande et l'organe de serrage.
Les organes de serrage disposés autour de la bande ne sont pas entièrement efficaces, la faiblesse de la bande de plastique dans les limites du cisaillement limitant les techniques de plissage et de verrouillage normalement utilisées avec de tels organes. Néanmoins, de nombreuses formes d'organes ont été utilisées. En outre, de nombreux types de boucles ont été utilisés pour entourer manuellement les bandes.
La connaissance de l'insuffisance des connexions de verrouillage mécanique pour les bandes plastiques a conduit à considérer un certain nombre d'opérations de jonction consistant à fondre les parties se chevauchant de la bande thermoplastique. Des mâchoires de pression chauffées peuvent tre appliquées aux parties chevauchantes d'une bande pour amollir toute la section transversale de celle-ci et produire la fusion, mais des effets défavorables viennent modifier le caractère et la résis tance de la bande. D'autres opérations de jonction possibles comprennent le chauffage à haute fréquence et le chauffage par vibrations ultrasoniques. Les effets thermiques produits par ces procédés ne sont pas avantageux, bien que ces procédés soient aisés à contrôler.
Mme les procédés de chauffage massif les plus efficaces ne permettent pas de localiser l'entrée de chaleur aux régions superficielles qui doivent tre amollies ou fondues, ce qui conduit à des insuffisances ou à des prix élevés et, ce qui est encore plus important, à une altération des caractéristiques de la matière plastique au niveau du joint. En plus, les frais d'équipement pour ces procédés empchent leur utilisation dans de nombreux cas.
Le procédé faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on forme avec une longueur de bande thermoplastique une boucle encerclant l'objet, de manière que la boucle comporte des parties de la bande se chevauchant, on maintient la boucle autour de l'objet tout en effectuant un mouvement de frottement glissant entre les régions superficielles en contact des parties chevauchantes de la bande jusqu'à la fusion des surfaces de contact, et on comprime les parties chevauchantes de la bande l'une contre l'autre pour maintenir les régions superficielles fondues en contact afin d'achever la solidification des surfaces de contact.
Ce procédé s'écarte franchement de ceux utilisés jusqu'ici dans le domaine des bandes et il constitue la meilleure solution au problème qui consiste à fixer une boucle d'une bande plastique pour constituer une ligature autour d'un objet.
Le mouvement de la bande nécessaire dans le voisinage d'une boucle encerclant l'objet a retardé la présente solution, mais les techniques que celle-ci implique se sont révélées possibles et permettent de produire un mouvement de frottement glissant entre les parties chevauchantes de la bande qui sont comprimées aux extrémités opposées d'une boucle tendue. Dans certains cas, les caractéristiques physiques qui ont posé un problème pour la fixation d'une bande plastique sous forme d'une ligature autour d'un objet ont permis de rendre les bandes plastiques compatibles avec les nécessités d'un mouvement de glissement. On peut mentionner à cet égard la flexibilité, le taux de tension, et les caractéristiques de glissement superficiel d'une bande plastique.
Un autre empchement apparent du développement de ce nouveau procédé vient de ce qu'il dépend d'une fusion thermique; les effets désavantageux de la chaleur sur une bande plastique sont connus et ont été démontrés réellement dans les premiers essais. Le problème thermique est toutefois facilement contrôlé dans la pratique du présent procédé. I1 faut remarquer que la production de chaleur par frottement est une fonction de la pression, de sorte que le frottement et la fusion se produisent dans des régions qui sont nécessairement soumises simultanément à la pression. Quand on répartit la pression sur une grande surface, les régions superficielles fondues résultant du mouvement de frottement glissant sont activement travaillées et contraintes et, après solidification, montrent les propriétés de résistance désirées pour la matière constituant la bande.
La répartition de pression sur une grande surface détermine la dimension et la forme de la couche de contact du joint. Cette couche présente une dimension convenable dans la pratique réelle et une résistance optimum peut tre obtenue sans que le joint présente une longueur excessive, ce qui constitue un facteur très important pour les outils et appareils utilisés dans le procédé.
Bien qu'une pression notable soit un facteur important pour la production de chaleur par frottement, la valeur instantanée de la pression n'est pas particulièrement critique et peut, en fait, varier de manière appréciable pendant la phase de mouvement réel sans faire varier de manière significative l'effet de la fusion.
Certains des avantages de la technique de production de la chaleur de fusion par un frottement glissant sont dus au fait que la chaleur est concentrée sur les surfaces à joindre, que la matière adjacente de la bande n'est pas affectée désavantageusement par la chaleur, que la distribution de la chaleur sur une grande surface et la fusion superficielle sont obtenues facilement et avec précision, et que l'énergie thermique produite sur la surface est accompagnée d'une pression largement répartie de sorte que la fusion ne peut avoir seulement qu'un effet d'amollissement superficiel. Le joint final est résistant à la tension mais peut tre facilement défait quand on le désire.
On a proposé maintenant un certain nombre de techniques efficaces basées sur le mouvement de frottement glissant dans une boucle tendue destinée à lier un objet.
Certaines utilisent un mouvement oscillant ou alternatif d'une extrémité de la bande associée à la boucle. Le mouvement de glissement est effectué en présence d'une pression notable. Quand le mouvement est terminé, les surfaces fondues sont maintenues fixes et en contact sur une grande surface et comprimées l'une contre l'autre de façon que la tension de la boucle ne gne pas la solidification initiale des surfaces en contact. Le procédé permet aussi de former et de fermer des boucles qui peuvent encercler l'objet de manière lâche.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des mises en oeuvre du procédé objet de l'invention et représente divers outils utilisés dans ces mises en oeuvre.
La fig. 1 est une vue schématique d'une bande utilisée dans ces mises en oeuvre et disposée autour de l'objet à ligaturer.
La fig. 2 est une vue en perspective du joint de la bande représentée à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue, partiellement en coupe, d'un premier outil.
La fig. 4 est une vue en plan d'un second outil.
La fig. 5 est une vue en élévation correspondant à la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en élévation d'un troisième outil.
La fig. 7 est une coupe selon 7-7 de la fig. 6.
La fig. 7a est une coupe à plus grande échelle correspondant à une partie de la fig. 7.
La fig. 8 est une élévation d'un quatrième outil.
La fig. 9 est une coupe selon 9-9 de la fig. 8.
La fig. 10 est une vue prise selon 10-10 de la fig. 8.
La fig. 11 est une vue d'un cinquième outil.
La fig. 12 est une vue d'un sixième outil.
La fig. 13A est une vue d'un septième outil.
Les fig. 13B à 13D montrent divers stades du fonctionnement de l'outil de la fig. 13A.
La fig. 13E montre schématiquement un huitième outil.
La fig. 14 est une vue d'un neuvième outil automatique ou semi-automatique.
La fig. 14A est une coupe selon 14A-14A de la fig. 14, et
les fig. 15, 16 et 17 montrent le mme outil à divers stades de son fonctionnement.
La fig. 1 montre une boucle d'une bande S encerclant un objet A à ligaturer. Des parties U et L de la bande aux extrémités opposées de la boucle sont en contact et se chevauchent l'une l'autre à la partie supérieure de l'objet. La partie inférieure L est l'extrémité libre de la bande tandis que la partie supérieure U provient d'une bobine de réserve non représentée. La bande passe à travers un mécanisme 10 destiné à exercer une tension sur la boucle et un mécanisme de jointure à frottement
Il agencé pour produire une liaison par fusion entre les surfaces en contact des parties U et L.
Le mécanisme de tension 10 peut tre manuel, semiautomatique ou complètement automatique, et bien qu'il soit représenté associé à une région de la bande qui fait partie de la boucle, il peut tre associé avec une région de la bande extérieure à la boucle.
Le mécanisme de tension 10 envisagé ici maintient fixes les extrémités de la bande pendant l'action du mécanisme 11. Un tel mécanisme est décrit dans le brevet USA No 2621893.
I1 est souvent avantageux de réunir les mécanismes 10 et 1 1 en une seule unité, mais ils peuvent tre également séparés et utilisés côte à côte.
Les parties extrmes U et L de la bande sont représentées à la fig. 2 qui montre le joint terminé. La surface réelle du joint est indiquée par les lignes mixtes J.
Pour des extrémités chevauchantes d'une bande de polypropylène de 0,38 mm d'épaisseur, le joint peut avoir une longueur de 4,44 cm quand les surfaces fondues occupent toute la largeur de la bande. Toutefois, comme le montrent les fig. 6 et 7, les faces de serrage, et par conséquent le joint, ne sont pas forcément continues sur toute la largeur de la bande mais peuvent tre constituées par des canaux formés de rubans longitudinaux espacés latéralement.
Le joint par fusion de frottement se fait entre les régions en contact des sections L et U de la bande et il est localisé à la surface pour éviter d'altérer les propriétés d'orientation des régions plus profondes et plus intérieures de la bande. Les joints produits par ce procédé sont faciles à contrôler afin qu'ils présentent de façon constante une résistance égale à 60 à 90 % environ de la résistance à la traction de la bande. Pour une bande plastique de nylon ou de polypropylène d'une largeur de 1,27 cm et d'une épaisseur de 0,38 à 1,65 mm, la longueur du joint peut tre avantageusement de 2,5 à 5 cm, bien qu'on puisse utiliser des longueurs de joint différentes.
La boucle est maintenue autour de l'objet pendant qu'on effectue la fusion mutuelle des surfaces en contact et la solidification des parties U et L qui se recouvrent.
Une fusion sur une grande surface est effectuée concurremuent dans chacune des régions superficielles opposées en effectuant un mouvement de frottement glissant sous une pression notable, tout en maintenant simultanément la boucle engagée avec l'objet. Les régions superficielles fondues des parties chevauchantes sont maintenues comprimées l'une contre l'autre sous une pression importante afin de les maintenir en contact de fusion fixe pour obtenir la solidification de ces surfaces et l'union des parties de la bande.
Les conditions de pression et de mouvement nécessaires pour produire une élévation brusque de température dans les surfaces correspondantes de la bande sont mises à profit pour limiter la profondeur des zones de fusion et éviter d'altérer les propriétés d'orientation des régions internes adjacentes de la bande. De telles conditions de pression et de mouvement se sont révélées efficaces par le fait que le coefficient de frottement entre les faces de la bande glissant l'une par rapport à l'autre diminue quand une fusion importante se produit dans toutes les régions en contact.
Pour une bande de polypropylène, on détermine les conditions de pression et de mouvement qui permettent un effet de fusion après un déplacement de frottement glissant total des faces de la bande d'environ 25 cm. Les conditions de pression et de mouvement peuvent tre poursuivies au-delà de ce trajet total, tout en obtenant encore une solidification efficace, en soumettant la bande à une période de refroidissement après la fin du mouvement.
Pour une bande de nylon, qui est caractérisée par un point de fusion exactement défini, on assure un trajet de mouvement total d'environ 7,5 à 10 cm qui est mesuré avec précision et achevé exactement au moment voulu, une solidification efficace se produisant tout en soumettant la bande à une période de refroidissement après la fin du mouvement. Avec le nylon, un trajet de frottement au-delà du domaine indiqué (7,5 à lOcm) peut créer des effets qui altèrent la solidification finale du joint à moins que ce dernier ne soit soumis à une tension quand il est encore chaud.
Par exemple, une bande de nylon qui fond à 2460 C environ peut tre amenée à la fusion par un trajet total de frottement à glissement de 7,5 cl ou de préférence sensiblement plus, la bande étant ensuite maintenue fixe pour permettre à la solidification de progresser à travers les surfaces en contact, puis le joint est soumis à une tension alors qu'il est encore chaud. La résistance limite du joint à la fois quand il est chaud et plus tard quand il est complètement refroidi est sensiblement augmentée par la tension du joint à chaud. Des valeurs sont données plus bas reliant les résistances des joints aux résistances limites d'une bande de nylon de 0,75 mm sur 1,27 cm.
En ce qui concerne la température, quand le joint est soumis à la tension alors qu'il est à la température de 2050 C, la résistance de joint est de 275 kg, tandis que si la tension n'est pas appliquée tant que le joint n'a pas atteint la température ambiante, la résistance du joint est de 137 kg. On se souvient que des joints à résistance élevée peuvent encore tre obtenus en limitant soigneusement le trajet total, comme indiqué précédemment.
En ce qui concerne la période de refroidissement, des résistances de joint d'environ 275 kg sont obtenues quand la tension est appliquée dans les 15 sec après la formation du joint, des résistances d'environ 205 kg quand la tension est appliquée environ 1 mn après la formation du joint, et des résistances d'environ 145 kg quand la tension est appliquée environ 2 mon ou plus après la formation du joint.
Un effet réellement intéressant relatif à la tension des joints chauds entre les extrémités d'une bande de nylon est que plus la tension appliquée est grande, plus la résistance limite du joint est grande. De plus, la résistance du joint excède la tension de sorte que, pour les boucles tendues, la résistance du joint peut tre fortement améliorée en soumettant le joint chaud à l'action de la tension de la boucle. La résistance limite du joint, obtenue ainsi, est plus grande que la tension réelle dans la boucle de sorte que la boucle terminée reste inaltérée à moins que des contraintes anormales se rencontrent pendant le traitement subséquent.
La transmission de la charge à travers le joint est considérablement améliorée, probablement parce que la température des parties de la bande constituant la surface du joint au moment où le joint est tendu rend ces parties plus ductiles et leur permet de supporter une déformation plastique, de sorte que le joint peut tre allongé sans se rompre. Quand le joint est ensuite refroidi, les parties de la bande constituant le joint perdent leur ductilité et le joint est, en fait, précontraint.
Quand la charge sur le joint est finalement supprimée, par exemple en coupant la boucle formée par la bande, le joint prend une configuration ondulée mettant en évidence l'effet de précontrainte.
Pour obtenir la résistance maximum, la liaison de fusion entre les régions en contact comprend la longueur entière de la surface de contact. Alors que le joint peut tre plus court quand on utilise toute la largeur de la bande, la configuration du joint en canaux présente l'avantage d'isoler toutes les surfaces de rupture qui se développent. L'uniformité de répartition de cette liaison par fusion est obtenue en concentrant la trajectoire du mouvement de frottement glissant et en obligeant chaque point de chaque surface de contact à effectuer un trajet total comparable. Un arrangement préféré pour obtenir la répartition désirée dans la région de liaison implique une oscillation de faible amplitude le long d'une trajectoire orientée dans la direction longitudinale de la bande.
Par exemple (fig. 2), pour un joint d'une longueur de 4,44 cm, I'amplitude du mouvement de glissement, indiquée par la lettre M, est approximativement de 3,5 mm.
Ainsi, les surfaces de contact initiales sont maintenues pratiquement alignées pendant le mouvement de frottement et toute production de chaleur est concentrée sur la surface de contact initiale, la dimension des surfaces de bordure non liées aux extrémités longitudinales opposées du joint étant minimisée.
On a utilisé de façon satisfaisante une bande de polypropylène orientée d'une épaisseur de 0,38 à 1,65 mm formant un joint d'une longueur de 4,44 cm pour obtenir une résistance du joint égale à 80 % au moins de la résistance de la bande. Des valeurs correspondantes sont obtenues pour le nylon.
Polypropylène Nylon
Longueur de la face de serrage 4,44 cm id.
Domaine de la pression de contact 7 à 211 kg/cm2 id.
Fréquence d'oscillation 700 à 6000 c/mn id.
Amplitude d'oscillation (sommet à sommet) 1,27 à 12,7 mm id.
Temps d'oscillation 0,2 s ou plus id.
Période de refroidissement 0,10 s ou plus 0,10s
Trajet de frottement total 25 cm ou plus 7,6 à lOcm
Dans ces domaines de fonctionnement, les valeurs de la pression ne sont pas très critiques. Une des nécessités primaires relatives à la pression est d'établir un contact de frottement efficace entre les surfaces en contact de la bande. En général, on a trouvé que plus la fréquence et l'amplitude sont élevées, plus la période de production de chaleur est courte. Il y a un avantage à opérer à des fréquences plus élevées car l'amplitude d'oscillation peut tre réduite de façon correspondante.
La fig. 3 montre un outil de fermeture à frottement comprenant un bâti principal 12 engageant la partie supérieure de l'objet A à ligaturer et présentant une face de serrage 12G dirigée vers le haut venant en contact fixe avec la partie extrme inférieure L de la bande. Une face de serrage 13G est formée à l'extrémité d'un bras basculant vertical 13 qui est monté à sa partie supérieure sur un arbre de pivotement 14 porté par un cadre de montage transversal 15. Le cadre 15 comporte des extrémités opposées 15A fixées à deux tiges de levée 16 qui peuvent tre déplacées verticalement pour amener les faces de serrage 12G et 13G à engager la bande avec les pressions requises.
Le mécanisme de soulèvement des tiges 16 n'est pas représenté; il peut tre pneumatique, par exemple, et doit pouvoir produire et maintenir la pression uniforme prescrite entre les faces de serrage.
La face de serrage mobile 13G est arquée et forme une surface courbe dont l'axe de courbure est sur l'arbre 14.
De mme, la face de serrage 12G est arquée et forme une surface courbe dont l'axe est également sur l'arbre 14.
Dans cet outil, le joint par fusion est formé entre les parties de la bande arquée et parallèles et le trajet oscillant longitudinal se fait le long d'une trajectoire arquée. Le mouvement oscillant est communiqué au bras 13 par un moteur 17 pneumatique, hydraulique ou électrique associé à une région intermédiaire du bras oscillant 13. Cette région comporte des brides verticales parallèles 13F afin de former un canal définissant une voie de guidage radiale dans laquelle peut glisser un palier 18 parallélipipédique. L'extrémité excentrique d'un arbre 17S du moteur est montée dans ce palier 18.
L'extrémité de l'arbre est décalée de l'axe de l'arbre de 0,63 mm pour entraîner le palier 18 selon une orbite circulaire. La trajectoire excentrique de ce point agit seulement horizontalement sur le bras oscillant, mais avec un effet multiplié à l'extrémité inférieure du bras. Un rapport d'au moins 2 à 1 est impliqué pour produire une trajectoire sommet à sommet de 2,5 mm de la face de serrage 13G.
Quand une boucle a été complètement formée autour de l'objet à ligaturer et quand les extrémités chevauchantes de la bande sont engagées entre les faces de serrage 12G et 13G, le moteur est mis en marche pendant une demi-seconde environ et la face 13G exécute un mouvement oscillant longitudinal d'une amplitude, de sommet à sommet, de 2,5 mm à une fréquence de 5000 c/mn.
Ce mouvement développe un trajet de frottement glissant pratiquement sur tous les points de la surface de la bande dans la région de contact d'environ 25,4 cm, valeur suffisante pour amener les surfaces en contact à la température de fusion dans le cas du polypropylène. Les surfaces en contact commencent à se lier à ce moment si la puissance du moteur est coupée, la solidification commençant réellement quand l'arbre du moteur s'amortit jusqu'à l'arrt. La pression sur les surfaces en contact est maintenue pendant une période de refroidissement au cours de laquelle une solidification pratiquement com plut, est obtenue. Après la période de refroidissement, un organe de coupe 19 monté à proximité du bord longitudinal du bras 13 sépare la bande de la bobine d'alimentation non représentée.
La coupure de la bande est effectuée aussi près que possible de la surface fondue afin d'éviter la présence de pattes allongées s'étendant depuis le joint scellé. Le bras oscillant est fixe et centré quand la bande est coupe pour faciliter la précision de la coupe.
L'outil représenté à la fig. 3 peut tre utilisé dans les mmes conditions avec une bande de nylon si le joint est soumis à une tension alors qu'il est encore chaud.
L'outil représenté aux fig. 4 et 5 permet d'effectuer seul la tension et le joint par frottement. Cet outil 20 comprend une base 21 comportant un pied 21F en contact avec l'objet à ligaturer. Une boite à engrenages 22 est disposée le long de la base et comporte un arbre de pivotement 23 qui se projette à travers un berceau 24, un ressort de torsion 23T et une bielle externe 25. La boîte 22 porte aussi une extrémité d'un arbre 26 dont l'extrémité opposée est logée dans la bielle 25.
Une roue d'avance 27 est montée sur l'arbre 26 et entraînée par ce dernier, et elle recouvre une enclume courbe 28 à concavité tournée vers le haut, montée sur le pied 21F de la base. Les parties extrmes U et L de la bande sont montées en chevauchement entre la roue 27 et l'enclume 28 et la position de ces parties est contrôlée pendant le fonctionnement de l'outil pour produire les relations de pression requises entre les parties U et L.
La boîte d'engrenages 22 reçoit une extrémité d'un logement 29 pour un embrayage à choc dont l'autre extrémité s'étend dans un moteur pneumatique 30 et porte ce moteur. Quand l'outil est utilisé, le moteur pneumatique est actionné et agit par l'embrayage pour entraîner les engrenages qui sont connectés à l'arbre 28 jusqu'à ce que la roue 27 produise une tension donnée sur la boucle formée par la bande. A ce moment, I'em- brayage applique de façon répétée une charge impulsive de façon que la roue 27 tourne progressivement dans le sens assurant la tension de la boucle. La boucle tendue ramène à son tour la roue d'avance quand le permet l'embrayage.
Ainsi, on produit un mouvement oscillant à grande vitesse entre les parties U et L de la bande tandis que la roue d'avance 27 et l'enclume 28 sont maintenues à la distance voulue pour assurer les relations de pression désirées. Cet outil est capable de produire des joints efficaces dans un domaine spécifié, comme indiqué précédemment.
Bien que la commande du trajet total soit moins précise avec l'outil réglé à la main des fig. 4 et 5, les valeurs du trajet total ne sont pas critiques dans le cas d'une bande de polypropylène tant qu'une valeur minimum est assurée. Avec le nylon, le retrait rapide de l'outil, après le scellage, au moyen d'une poignée de libération, permet à la tension de la boucle d'agir sur le joint quand il est encore chaud, dans quel cas la commande du trajet total n'a pas besoin d'tre précise.
Un autre outil de fermeture est représenté aux fig. 6, 7 et 7A. Cet outil utilise un mouvement alternatif linéaire longitudinalement aux parties extrmes de la bande. Il va tre décrit en rapport avec une boucle se fermant à la partie inférieure de l'objet, l'extrémité supérieure U de la bande étant adjacente à l'objet à ligaturer et maintenue fixe. Un élément de serrage supérieur 40 est un prolongement du bâti principal et placé en contact fixe avec l'objet A. Un élément de serrage inférieur 41 est monté dans une voie de guidage 42G découpée dans un bloc de guidage 42. L'élément 41 comporte des brides latérales 41F qui s'insèrent de bout dans le bloc de guidage 42 pour empcher une séparation des parties en direction verticale.
Le bloc 42 est porté par un plateau de pression 43 monté sur une tige de levée 44 qui est soulevée par tout dispositif approprié capable d'établir et de maintenir une pression uniforme entre les éléments de serrage. Un bras d'entraînement 45 à mouvement alternatif est connecté à pivot à l'élément de serrage inférieur 41 et entraîné de manière à permettre sa mise en marche et son arrt à des instants appropriés.
L'outil comporte des mâchoires rainurées, chaque élément de serrage 40 et 41 présentant une face de serrage comportant des rubans de dents 40T et 41T alignés longitudinalement et espacés par des canaux longitudinaux 40C et 41C (fig. 7A). Le joint résultant est caractérisé par une formation en canaux comprenant des régions fondues s'étendant longitudinalement et disposées côte à côte, séparées par des régions longitudinales intermédiaires qui ne sont pas réunies entre elles.
L'outil représenté aux fig. 8, 9 et 10 va tre décrit dans le cas d'une ligature à la partie supérieure de l'objet et comporte un mode de mouvement de frottement glissant différent de celui des outils précédents. Cet outil comprend un élément de serrage inférieur 50 qui est constitué par un prolongement du bâti et vient en contact fixe avec l'objet A. Un élément de serrage supérieur 51 est disposé à pivotement lâche sur une série de rails de guidage 52 avant et arrière opposés, portés par le bâti d'un moteur 53. Ce dernier comporte un arbre moteur 54 se terminant par une extrémité excentrique 54A d'une section transversale non circulaire qui se loge dans une douille supérieure for tige d'entraînement transversale 65R qui est logée dans une fourche 62F à l'extrémité supérieure du bras 62.
Un déplacement arqué du bras oscillant produit un déplacement alternatif linéaire horizontal de l'élément de serrage inférieur 65 selon une direction longitudinale à la bande.
Des coussins de caoutchouc 67 et 68 sont montés sur des blocs stationnaires 69 et 70 sur les côtés opposés du bras 62 et les solénoïdes sont agencés pour tre actionnés alternativement et pour entraîner le bras en un mouvement oscillant à une fréquence de 5000 c/mn avec une amplitude de sommet à sommet de 5,1 mm.
Un avantage de cet outil est que la direction du mouvement initial du bras 62 est facilement contrôlée par les circuits d'excitation non représentés des solénoïdes. En particulier, le solénoïde qui oblige l'élément de serrage à se déplacer vers le mécanisme de tension qui est associé à l'outil de serrage et qui se trouve disposé dans la boucle permet de rattraper le mou de l'extrémité d'alimentation de la bande. Cette relation est de grande importance quand le bras oscillant est mis en marche à partir d'une position de déplacement maximum plutôt qu'à partir de la position de point mort représentée à la fig. 11.
Un départ depuis une position de déplacement maximum est également facile à obtenir par une commande appropriée des circuits. De plus, un arrt au point mort peut tre obtenu également par la commande des circuits des solénoïdes. Une technique de point mort élimine l'action d'amortissement finale des dispositifs oscillants précédents et, dans le cas de certaines matières et pour certaines conditions de fusion, elle peut améliorer la solidification initiale et la résistance limite du joint.
Un certain nombre d'outils à déplacement dans un seul sens vont tre décrits. L'outil 80 représenté à la fig. 12 est appuyé sur l'article A à ligaturer. une boucle de la bande S encerclant librement l'objet et comportant des parties chevauchantes supérieure U et inférieure L qui sont enfilées dans l'outil. La partie supérieure U est libre. L'outil 80 comprend une base rigide 81 présentant un pied allongé 81F en contact avec l'objet à ligaturer.
Une boîte à engrenages 82 est incorporée à la base et un organe de tension 83 de type connu est disposé le long d'un côté de la base. L'organe de tension comprend un arbre de pivotement 84 qui se projette depuis la boîte à engrenages et porte une bielle externe 85. Un arbre 86 se projette depuis la boîte et son extrémité externe est montée dans la bielle 85, un levier de libération 87 étant monté sur le côté opposé de la boîte 82 pour commander la libération d'une roue d'avance W par rapport à une enclume de tension 88 qui est logée dans le pied 81F.
Un moteur pneumatique 89 est monté de bout sur la boîte à engrenages et peut comporter une poignée permettant de manipuler l'outil. Le moteur 89 porte une conduite d'air souple 89L envoyant de l'air comprimé à une pression comprise entre 5,6 et 7 kg/cm2. Un cylindre 90 est disposé longitudinalement dans la direction opposée à partir de la boîte 82 et comprend, d'une pièce, une paroi creuse 90W supportant une mâchoire de pression principale 91 capable de glisser verticalement, surmontant une mâchoire de pression fixe 92 en contact avec le pied 81F.
Dans la boucle formée par la bande représentée à la fig. 12, la partie inférieure L s'appuie sur l'enclume de tension 88 pour tre serrée par celle-ci et amenée le long du pied 81F afin de chevaucher la mâchoire inférieure fixe 92, tandis que la partie supérieure U est enfilée dans l'outil de façon à chevaucher la partie inférieure L et à tre initialement en contact avec la roue d'avance W et plus tard avec la mâchoire mobile 91. La partie supérieure U de la bande qui vient d'une bobine d'alimentation est maintenue fermement par un mécanisme de serrage 93 porté sur l'extrémité externe libre d'un piston 94 qui fonctionne dans le cylindre 90.
En fonctionnement, la boucle de la bande est lâche autour de l'objet (fig. 12) et l'outil est appliqué latéralement sur les parties chevauchantes U et L de la bande.
A ce moment, le levier 87 est actionné pour pousser la roue W vers l'enclume 88 afin d'engager et de serrer les parties chevauchantes de la bande. Le moteur pneumatique 89 est alors actionné pour entraîner la roue W dans le sens voulu pour produire la tension de la boucle à une valeur déterminée par le réglage du moteur. La longueur libre de la partie supérieure U de la bande est ainsi tendue et fermement engagée ensuite par le mécanisme de serrage 93. Un bouton de commande 95 associé à la bâche du moteur est actionné pour appliquer l'air sous pression à la mâchoire principale mobile 91 et la déplacer vers le bas, de sorte que les régions correspondantes des parties U et L sont comprimées l'une contre l'autre, chaque surface de contact étant en contact de frottement avec la surface opposée.
La pression peut tre de 350 kg/cm", mais des variations de plus ou moins 50 % sont possibles à partir de cette valeur. La forme de la mâchoire mobile 91 étudiée pour proportionner la surface de la face de la mâchoire mobile en contact avec la bande à la surface de l'extrémité supérieure de la mâchoire mobile permet l'établissement de la pression désirée. La bande est maintenant fermement maintenue entre les mâchoires 91 et 92 et le levier 87 de libération de la roue W est déplacé pour élever cette roue W afin que les régions U et L de la bande, adjacentes à la roue W et à l'enclume de tension 88, ne soient pas empchées de se déplacer.
Un autre bouton de commande 96 monté sur la bâche du moteur 89 est alors actionné pour appliquer une force contre le piston 94. Des soupapes de libération sont également disponibles pour permettre l'entrée rapide de l'air comprimé dans le cylindre 90 afin de pousser le piston 94 et le mécanisme de serrage 93 de la position représentee en lignes continues à la position représentée en lignes mixtes (fig. 12). Dans cette technique, une force est appliquée à la partie supérieure U de la bande par le mouvement rapide du mécanisme de serrage 93.
Cette force peut tre appliquée à la bande en des positions espacées de plusieurs centimètres depuis les mâchoires 91, 92, dans quel cas, par suite du frottement statique agissant sur la partie supérieure de la bande, le mouvement ne peut se produire instantanément aux surfaces de contact, mais la bande s'allonge légèrement jusqu'au moment où une tension suffisante s'établit pour surmonter le frottement statique et permettre le déplacement rapide de la partie supérieure U de la bande entre la mâchoire 91 et la partie inférieure fixe L de la bande.
Le mouvement de la bande au niveau des mâchoires peut tre de 1,27 à 2,22 cm. On produit ainsi un mouvement de frottement glissant relatif des surfaces en contact des parties U et L de la bande tandis qu'elles sont comprimées entre les mâchoires. Ce mouvement engendre de la chaleur qui se répartit en fonction de la répartition de pression dans les surfaces en contact pour produire une fusion superficielle instantanée sur une profondeur limitée. I1 faut noter que le mouvement glissant de la bande tire la boucle quelque peu plus étroitement autour de l'objet. Cela peut se faire en limitant la tension initiale établie par le moteur 89 agissant par l'intermédiaire de la roue W et aussi par la capacité de la bande plastique d'absorber l'effet de choc du mouvement rapide.
Après la fin de ce mouvement de la bande, les surfaces fondent et se solidifient tandis que les mâchoires 91, 92 continuent leur action pour comprimer les surfaces en contact l'une contre l'autre. Après la solidification, les mâchoires peuvent tre écartées de la bande et l'outil peut tre retiré.
Il est plus avantageux d'utiliser l'outil en réglant le moteur pneumatique à une valeur quelque peu inférieure à la tension de ligature finale désirée, en utilisant un mouvement de frottement subséquent de la partie supérieure U de la bande dans une direction qui assure une nouvelle tension de la bande. Le procédé inverse est aussi possible dans lequel le trajet d'impact est imparti à l'extrémité de la bande dans une direction qui réduit la tension.
La fig. 13A montre un outil manuel 100 reposant sur l'objet A à ligaturer et une boucle d'une bande S entourant librement l'objet, la bande comportant des parties supérieure U et inférieure L se chevauchant enfilées dans l'outil. La partie supérieure U est à nouveau libre. L'outil 100 comprend une base rigide 101 comportant un pied allongé 101F en contact avec l'objet A à ligaturer. A une extrémité, la base porte une roue d'avance W qui surmonte une enclume 102 montée sur la base et qui peut tre actionnée dans le sens de tension de la boucle par une manceuvre répétée d'une poignée de tension 103.
A l'extrémité opposée, la base porte une mâchoire inférieure fixe 104 à surface rugueuse et une mâchoire supérieure mobile 105 également à surface rugueuse en face de la mâchoire 104 et actionnée par la commande d'un levier de pression 106 pour amener les mâchoires en engagement de pression avec les parties chevauchantes de la bande après que la boucle formée par cette bande a été tendue par la roue W.
Finalement, la base porte une mâchoire de jonction fixe 107 qui peut aussi, mais non nécessairement, comporter une surface rugueuse faisant face à une mâchoire de jonction mobile 108 qui peut tre pressée vers la mâchoire fixe sous la commande d'un mécanisme à levier non représenté qui peut tre semblable au mécanisme à levier 106 et au mécanisme commandant les mâchoires 104, 105. La mâchoire mobile 108 comporte une face de contact unie et peut tre poussée vers la mâchoire correspondante pour comprimer les parties de la bande sous une pression notable.
L'outil de la fig. 13A produit un mouvement de glissement à un seul sens de la partie supérieure U de la bande, similaire à celui produit par l'outil de la fig. 12.
En fonctionnement, une boucle de la bande S encercle librement l'objet A, les parties chevauchantes U et L de la bande étant prtes à tre enfilées latéralement dans l'outil. Dans ce but, les mâchoires 104, 105 et 107, 108 sont ouvertes et la roue W est soulevée au-dessus de l'enclume de tension 102 quand l'outil est appliqué initialement. Ensuite, la poignée de tension 103 abaisse la roue W et elle est basculée de façon répétée pour faire tourner cette roue W et exercer une tension sur la boucle alors que les deux séries de mâchoires restent ouvertes pour permettre le trajet de tension désirée de la bande.
Quand la tension désirée de la bande est atteinte, le levier 106 est actionné pour engager les mâchoires de serrage 104, 105 fermement avec les parties chevauchantes de la bande, la tension de la boucle étant maintenue ensuite par les mâchoires 104, 105 jusqu'à ce que le joint soit complètement formé. La roue W est maintenant soulevée pour libérer l'extrémité de la bande afin qu'une région lâche R de la bande (fig. 13B) puisse tre manuellement tirée entre les mâchoires 104, 105 et 107, 108.
Ensuite, les mâchoires 107, 108 sont engagées (fig.
13C) et la roue W est abaissée pour établir l'engagement d'entraînement avec la partie supérieure libre de la bande. Une nouvelle manoeuvre de la poignée 103 assure la tension de la section de la bande entre les mâchoires 107, 108 et la roue de tension, avec un frottement statique entre la mâchoire 108 et la partie supérieure U de la bande qui maintient initialement la partie supérieure lâche de la bande dans la région comprise entre les séries de mâchoire (fig. 13C). La tension s'établit rapidement par suite du mouvement de la roue W, jusqu'à ce que ce frottement statique soit surmonté, et à ce moment, la bande lâche est rapidement tirée à travers les mâchoires 107, 108 pour assurer la fusion des faces en contact (fig. 13D).
Les mâchoires 107, 108 continuent à agir après l'achèvement de ce mouvement de glissement commandé pour produire la solidification des régions fondues disposées alors entre ces mâchoires 107 et 108.
Un outil impliquant un déplacement semblable de la bande est représenté à la fig. 13E et comprend un organe de tension primaire 110 et un organe de tension secondaire 111 disposés de part et d'autre de deux mâchoires de jointure 107, 108. La boucle formée par la bande est enfilée dans l'outil et une tension est effectuée en faisant tourner les roues W des deux organes de tension 110 et 111 en synchronisme. L'organe de tension primaire 110 comporte une roue qui se déplace légèrement plus rapidement que celle de l'organe de tension secondaire pour établir graduellement une région R d'un mou donné entre ces roues. Les mâchoires 107, 108 sont ouvertes pendant la période de tension et de formation de la région R.
Les mâchoires 107, 108 sont ensuite fermées et l'organe de tension secondaire 111 est actionné alors que la tension est maintenue sur la boucle par l'organe de tension primaire 110.
A nouveau la tension s'établit tandis que le frottement statique au niveau des mâchoires 107, 108 maintient la partie supérieure de la bande stationnaire. Finalement, le frottement statique est surmonté et la partie supérieure de la bande est rapidement tirée à travers les mâchoires 107, 108 jusqu'à ce que le mou soit rattrapé.
L'action et l'effet sont donc similaires à ceux décrits pour l'outil de la fig. 13A.
Les fig. 14 et 15 montrent un outil automatique ou semi-automatique. Cet outil est utile avec une bande de matière thermoplastique organique orientée telle que le nylon et le polypropylène, par exemple. I1 comprend un bâti principal 120 comportant des pieds 121 et 122 qui reposent sur un objet A à ligaturer par la boucle d'une bande S encerclant l'objet et comportant des parties extrmes chevauchantes supérieure U et inférieure L qui sont enfilées dans l'outil. La partie supérieure U provient d'une bobine de réserve non représentée. On se réfère parfois par la suite aux parties supérieure U et inférieure L en les désignant comme étant les parties extérieure et intérieure, respectivement.
Le bâti 120 de l'outil constitue un support pour les divers éléments qui agissent en commun lors du fonctionnement de l'outil. Le bâti principal 120 porte deux rouleaux d'alimentation 123 qui peuvent tre actionnés dans les sens indiqués à la fig. 14 pour tirer la bande depuis la réserve non représentée et l'amener autour de l'objet à ligaturer afin de former une boucle lâche. On peut utiliser une glissière non représentée encerclant l'objet pour aider le rouleau 123 à guider la bande dans sa formation en boucle. Les rouleaux 123 peuvent tre actionnés alors dans des sens inverses comme indiqué à la fig. 15 pour établir la tension désirée sur la boucle.
L'extrémité d'alimentation de la bande est coupée alors qu'elle est tendue par les rouleaux 123 (fig. 16) et l'extrémité libre est alors maintenue prte pour amener une nouvelle longueur de bande autour de l'objet suivant.
Le cadre principal 120 porte un mécanisme 124 qui sert à maintenir la boucle sous la tension établie par les rouleaux 123. Ce mécanisme 124 comprend un cylindre de commande 125 pivotant sur une cheville de support 126 et contenant un piston 125P à double action. Le piston 125P comprend une tige de piston articulée à une extrémité d'une bielle 127 dont l'autre extrémité porte un axe de support 128A pour une roue de maintien 138, La bielle 127 et un cliquet de maintien 129 pivotent sur le bâti principal 120 sur une cheville 130 fixe, le cliquet 129 engageant normalement la roue pour permettre la rotation de celle-ci dans un sens seulement indiqué par la flèche de la fig. 15.
La roue 128 est maintenue soulevée pendant que la boucle est mise en place, de l'air étant envoyé du côté gauche du piston 125P pendant l'amenée de la bande représentée à la fig. 14. L'air est admis ensuite à droite du piston 125P pour entraîner la bielle 127 dans le sens voulu pour amener la roue 128 vers le pied 121 tandis que les rouleaux 123 exercent une tension sur la boucle.
La partie inférieure L de la bande est maintenue fixe contre le pied 121, mais la partie supérieure U peut se déplacer de façon que la bande lâche soit tirée depuis la boucle. Quand la partie supérieure de la bande se déplace, la roue 128 exécute une rotation dans le sens permis tout en maintenant une pression contre la bande.
Une fois la tension désirée atteinte, la roue 128 agit pour empcher le mouvement inverse de la partie supérieure de la bande et maintenir ainsi la tension de la boucle.
Des organes de jointure 130' comprennent un sabot de serrage flottant 131 qui constitue une mâchoire mobile espacée au-dessus d'une mâchoire fixe constituée par le pied 122 pendant l'enfilage et la tension de la boucle illustrée par les fig. 14 et 15. La mâchoire mobile 131 comprend une tige verticale 132 fendue pour recevoir une extrémité d'une bielle pivotante 133 portée par le bâti principal. La bielle 133 est représentée dans la position de soulèvement du sabot 131 aux fig. 14 et 15, laissant un jeu suffisant au-dessous de la mâchoire 131 pour le libre mouvement de la bande. Un cylindre 134 pivote sur une cheville 135 portée par le bâti principal. Un piston 134P à double action est logé dans le cylindre 134 et porte une tige de commande externe 136.
La tige 136, quand elle est dans sa position d'extension complète (fig. 14 et 15), maintient la bielle 133 dans sa position d'élévation de la mâchoire.
Un mouvement de glissement contrôlé, sous une pression donnée, est imparti à la mâchoire mobile au moyen d'une came d'entraînement 137 qui pivote sur une cheville 138 portée par le bâti principal. La came 137 comporte une tte en fourche définissant des parois qui présentent des fentes 137S recevant des extrémités 132E d'une cheville portée par la tige 132. Des ressorts héli coïdaux 139 agissent entre la came 137 et la mâchoire 131 pour déterminer la pression de la mâchoire contre la bande. La charge élastique contre la bande varie quelque peu selon la position angulaire de la came 137.
Quand la boucle formée par la bande doit tre enfilée et tendue, la came 137 est dans la position représentée aux fig. 14 et 15 dans laquelle elle est maintenue par un ressort d'entraînement principal 140 monté entre un siège fixe 141 solidaire du bâti 120 et un bras de levier 137A prolongeant la came 137. Une lame de coupe 142 chevauche la mâchoire 131 à son extrémité frontale et peut tre actionnée pour un épaulement 143 de la came 137 pour séparer l'extrémité d'alimentation de la bande immédiatement avant la formation du joint. L'action de coupe de la bande est représentée à la fig. 16 qui montre les rouleaux 123 agissant dans des sens tels qu'ils tendent l'extrémité d'alimentation de la bande pour faciliter une coupe nette de la partie supérieure externe U de la bande.
L'extrémité de la tige de piston 136 comporte un crochet 136H qui s'engage au-dessous du bras de levier 137A de la came et permet l'élévation du piston 134P pour armer le ressort 140 par rotation de la came dans la position représentée à la fig. 16. Le mouvement initial vers le haut de la tige de piston 136 libère la bielle 133 et permet aux ressorts 139 d'appuyer la mâchoire mobile 131 flottante sur la partie extérieure libre de la bande.
La came 137, en tournant dans la position de la fig. 16, retire la mâchoire 131 afin de tirer suffisamment le mou dans la partie extérieure de la bande pour permettre la course subséquente. La tige de piston 136 comporte un épaulement incliné 136S dans sa région intermédiaire qui peut s'engager avec un épaulement correspondant 141S sur une butée fixe 141 vers l'extrémité de la course vers le haut du piston 134P. L'action réciproque entre les épaulements 136S et 141S fait basculer la tige de piston comme le montre la fig. 17 pour libérer la came 137 et permettre au ressort principal 140 de faire tourner cette came rapidement. La rotation de la came de la position de la fig. 16 à celle de la fig. 17 communique à la mâchoire mobile 131 une course rapide vers l'avant sous une pression notable.
Une pression suffisante continue à agir sur la mâchoire à la fin de sa course pour permettre la solidification et la fusion désirées des régions adjacentes des parties chevauchantes de la bande.
Après une période de refroidissement d'une à deux secondes, la tige de piston 136 est abaissée pour engager la bielle 133 et soulever la mâchoire 131 afin de permettre à la tension complète de la boucle d'agir sur le joint fondu par frottement. Avec des matières telles que le nylon, la résistance limite du joint est considérablement améliorée quand on soumet ainsi le joint à un effort alors qu'il est encore chaud.