EP3037181A1 - Dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un ensemble inerte pour la decoupe de produits industriels, notamment des produits alimentaires - Google Patents

Dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un ensemble inerte pour la decoupe de produits industriels, notamment des produits alimentaires Download PDF

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Publication number
EP3037181A1
EP3037181A1 EP15200849.6A EP15200849A EP3037181A1 EP 3037181 A1 EP3037181 A1 EP 3037181A1 EP 15200849 A EP15200849 A EP 15200849A EP 3037181 A1 EP3037181 A1 EP 3037181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting tool
sonotrode
inert
transmitter
vibrating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15200849.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François VULCAIN
Thierry Gautier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sodeva TDS SARL
Original Assignee
Sodeva TDS SARL
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Filing date
Publication date
Application filed by Sodeva TDS SARL filed Critical Sodeva TDS SARL
Publication of EP3037181A1 publication Critical patent/EP3037181A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/26—Means for mounting or adjusting the cutting member; Means for adjusting the stroke of the cutting member
    • B26D7/2614—Means for mounting the cutting member

Definitions

  • the field of the invention relates to a device for vibrating ultrasound of an inert assembly.
  • the invention finds a particularly interesting application in the field of ultrasonic cutting of industrial products, and in particular in the sector of the food industry.
  • an ultrasonic vibration device comprising an electrostatic element which is excited by an ultrasonic vibration propagating perpendicularly to the cutting wire.
  • the ultrasonic vibrations of the blade although of moderate amplitude, have such an acceleration that the object tends not to adhere to the blade and can increase the cutting power of the blade.
  • the sharpening operation has the effect of impacting the vibratory characteristics of the blade and therefore modifying the resonance frequency of the blade, which causes an imbalance of the electroacoustic assembly.
  • the cutting machine comprising such an ultrasonic cutting device is sized to operate at a given frequency range, which imposes dimensional constraints of the blade.
  • an operator wishing to use the same cutting machine with different blade profiles depending on the products to be cut are unable to interchange blades with different profiles or different dimensions if these blades in question are not initially designed to resonate at the same resonant frequency.
  • the device proposes to use a sonotrode shaped cross whose branches are tuned to the frequency of the transmitter (1/2 wavelength).
  • the branches of the sonotrode are in interaction with an ultrasonic transmitter and with an inert element to vibrate, the other two branches of the cross are free to vibrate in resonance creating a band frequency pass of the electroacoustic ensemble centered on the frequency of the ultrasonic transmitter.
  • such a device can not be used as such in the field of ultrasonic cutting of industrial products.
  • the described device does not sufficiently center the bandwidth of the electroacoustic assembly on the resonant frequency of the transmitter, which does not provide sufficiently large yields.
  • the vibration amplitude of the inert element obtained by this device is also not sufficient for use other than welding.
  • the too small amplitude of the inert element of the device makes it possible to properly make cuts such that it is possible to make them with the cutting devices. by known ultrasounds with which the blade is resonant.
  • the device proposed in the document FR2651693 is also not suitable to be integrated in a fixed cutting machine because its geometry greatly limits the possibilities of implantation on machine.
  • the invention aims to provide a device for ultrasonic vibration of an inert cutting tool, particularly suitable for cutting industrial products, and more particularly to agro-food products, with a vibration amplitude greatly improved and also with better performance.
  • the ultrasonic vibrating device of an inert cutting tool according to the invention also aims to propose an architecture with multiple configurations making it possible to adapt to any type of use and thus facilitating its implantation in a cutting machine. ultrasound of industrial products.
  • sonotrode is understood to mean an element, advantageously metallic, which restores vibrational energy by "contraction / dilation” when it is subjected to ultrasound.
  • inert is understood to mean an element that is not tuned to the resonant frequency of the transmitter.
  • the electroacoustic assembly thus formed by the device generates a frequency bandwidth better centered on the frequency of the transmitter.
  • the device according to the invention also makes it possible to transmit to the inert element, the cutting tool in our application, vibrations with greater amplitudes than those permitted with the device described in the document. FR2651693 .
  • the device according to the invention also makes it possible to obtain a better yield than with the device described in the document FR2651693 .
  • the figure 1 represents in perspective the ultrasound vibrating device 100 according to the invention connected to an internal element to be vibrated, such as a cutting tool for cutting agri-food products.
  • the device 100 thus constitutes an assembly tuned to the resonance frequency of the transmitter 110, with the exception of the cutting tool 160.
  • the crown profile of the sonotrode 120 is intended to transmit a maximum amplitude and vibration efficiency to the cutting tool 160 while allowing vibration of the stabilizing sonotrode 130.
  • the two lateral branches 122, 123 are secured to the main part 121 via connection fillets 124.
  • the first branch 122 is connected to the ultrasonic transmitter 110 and the second branch 123 is adapted to be able to connect the stabilizing mass 130.
  • the stabilizing or stabilizing auxiliary sonotrode is an optional element, however, the presence of such a stabilizing mass positioned in the continuity of the ultrasonic transmitter makes it possible to further optimize the performance of the vibrating device 100 and to increase the efficiency. of the electroacoustic ensemble.
  • the circumferential periphery 126 of the main portion 121 of the crown 120 comprises flats 125 forming planar surfaces optimized to receive on the one hand the fixing system 140 and on the other hand the cutting tool 160.
  • the ring 120 comprises four flats 125 uniformly distributed around the periphery of the main portion 121; the number of flats of the ring being adjustable according to the number of vibrating elements that one wishes to position. So the form circular sonotrode offers the advantage of being able to freely vary the position, or even the number of inert elements to vibrate.
  • the ring 120 thus described makes it possible to put elements in vibration in three directions, the emitter 110 and the stabilizing mass 130 being advantageously positioned in the same direction perpendicular to the transverse plane of the ring which is parallel to the positioning plane of the elements, referenced AA on the figure 1 .
  • the flats 125 allow the fixing and the vibration of the various elements in this positioning plane AA.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c represent sections along a transverse plane of the crown 120. These Figures 3a, 3b, 3c allow to illustrate more precisely three examples of realization of the profiles of the flanks of the main part of the crown.
  • the central main portion 121 comprise two flanks 127, 128 on which are connected the two lateral branches 122, 123.
  • the geometry of these flanks makes it possible to modify the amplitude of the vibrations transmitted to the cutting tool.
  • the profile of the flanks can be rectilinear as illustrated in figure 3a or conic as illustrated in figure 3b .
  • the profile of the flanks 127, 128 has a catenoid-type curved shape as illustrated in FIG. figure 3c .
  • the ring 120 is dimensioned so as to obtain a ratio between the outside diameter D b of the side branches 122, 123 and the thickness E p of the central portion 121 greater than 1. Compliance with this ratio makes it possible to optimize efficiency of the device 100 and thus transmit more vibrations to the cutting tool 160.
  • the outside diameter D pe of the main portion 121 of the ring 120 corresponds to a multiple of half a wavelength of the frequency of the emitter 110, and advantageously the diameter D pe is equal to half a wavelength, so that the ring 120 is resonant with the ultrasonic transmitter 110.
  • the stabilizing sonotrode 130 is sized to vibrate in resonance with the ring gear 120 and the transmitter 110. Therefore, the stabilizing sonotrode 130 has a length that is a multiple of the half wavelength of the frequency of the transmitter 110.
  • the length of the stabilizing sonotrode 130 is equal to the half-wavelength of the transmitter 110.
  • the stabilizing sonotrode 130 therefore participates in the vibration of the cutting tool 160. It is also possible to optimize the amplitude of the cutting tool 160 by simply modifying the shape of this stabilizing sonotrode 130. according to the invention, it is possible to simply modulate the amplitude transmitted to the cutting tool 160 on the same vibrating device 100 simply by interchanging stabilizing sonotrodes 130 having different shapes.
  • the stabilizing sonotrode 130 has a cylindrical shape or a truncated cone shape, the largest diameter of which is positioned opposite the ring 120.
  • the sonotrode 120 in the form of a ring completed by the stabilizing sonotrode 130 positioned in the extension of the transmitter 110 makes it possible to optimize the recentring of the bandwidth of the electroacoustic assembly with respect to the resonant frequency of the transmitter 110, and participates in increasing the efficiency of the electroacoustic device and the amplitude of the vibrations transmitted to the cutting tool 110.
  • the fastening system 140 makes it possible to connect the vibrating assembly to a non-vibrating assembly, such as a machine, without off-centering the bandwidth of the electroacoustic assembly. Therefore, the fastening system is also dimensioned so that it can vibrate with the other elements of the device 100.
  • the fastening system 140 may also consist of an ultrasound booster, a component conventionally used in ultrasonic applications.
  • the fixing system has a length that is a multiple of the wavelength of the frequency of the transmitter 110, and advantageously equal to the half-wavelength of the frequency of the transmitter 110.
  • the resonant extension 150 is dimensioned so as to allow the transmission of a radial vibration of the ring 130 to the cutting tool 160.
  • the length of the extension 150 is a multiple the wavelength of the frequency of the transmitter 110, and preferably equal to half a wavelength.
  • This resonant extension 150 may be an element commonly called “booster” in order to possibly allow a change in the radial amplitude transmitted to the inert cutting tool 160 if necessary.
  • the cutting tool 160 to be vibrated may advantageously be a metal blade, a vibrating system such as a wire, a composite blade, shaped tools of the punch type.
  • the device according to the invention there is no longer any limit or constraint related to the re-sharpening operations of the cutting blades insofar as the increase in the resonance frequency of the blade, inherent in this repair, does not destabilize plus the electroacoustic ensemble.
  • the device according to the invention also makes it possible to make cuts of products of various sizes with the same device and the same machine, in particular by the possibility of using a varied range of blades without dimensional constraints.
  • the invention has been particularly described for vibrating a cutting tool for cutting industrial products, and more particularly food products.
  • the problem is related to the particular field of cutting of agri-food products
  • the device according to the invention also makes it possible to make improvements in other technical fields requiring the vibration of an element.
  • the cutting tool described in the present application can easily be replaced by other inert elements for example to perform non-food product cutting operations, heat exchangers vibrating, cleaning, unclogging of filtering elements, of vibrating of bactericidal system, etc.
  • the invention has been particularly described with a single position of the inert cutting tool. However, it is expected to be able to easily and freely move the cutting tool on the periphery of the ring.
  • the invention has been particularly described with a single inert element to be vibrated; However, it is also conceivable to be able to vibrate several inert elements simultaneously, notably thanks to the particular shape of the sonotrode.
  • the invention has been particularly described with a particular architecture, however, it is expected to be able to modify the positioning of the transmitter, the sonotrode stabilizer, the inert element and the fastening system as a function of space constraints and desired applications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte, pour la coupe de produits agro-alimentaires, ledit dispositif comportant : un ensemble électroacoustique à fréquence fixe comportant un émetteur à ultrasons (110) ; un outil de coupe (160) inerte à faire vibrer ; une sonotrode accordée à la fréquence de l'émetteur (120) ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite sonotrode (120) comporte une partie principale (121) en forme de disque présentant un axe de révolution (X) et deux branches latérales cylindriques (122, 123) s'étendant de part et d'autre de la partie principale (121), selon une direction parallèle à l'axe de révolution (X), ledit disque (121) présentant un pourtour périphérique (126) sur lequel est raccordé ledit outil de coupe (160) ; ledit émetteur à ultrasons (110) étant raccordé à une première branche latérale cylindrique (122).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • Le domaine de l'invention est relatif à un dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un ensemble inerte.
  • L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine de la découpe par ultrasons de produits industriel, et en particulier dans le secteur de l'industrie agro-alimentaire.
    • ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Dans le domaine de la coupe par ultrasons, il est connu d'utiliser un dispositif de mise en vibration par ultrasons comportant un élément électrostatique qui est excité par une vibration ultrasonore se propageant perpendiculairement au fil de coupe. Ainsi, les vibrations ultrasoniques de la lame, bien que d'amplitude modérée, ont une telle accélération que l'objet tend à ne pas adhérer à la lame et permettent d'augmenter le pouvoir de coupe de la lame.
  • Néanmoins, selon les objets à découper il peut être utile d'affûter régulièrement la lame de manière à garder un outil de coupe optimal. Or, l'opération d'affûtage a pour conséquence d'impacter les caractéristiques vibratoires de la lame et par conséquent de modifier la fréquence de résonance de la lame, ce qui engendre un déséquilibre de l'ensemble électroacoustique.
  • Il est souvent possible de modifier intégralement la forme de la lame, par exemple par usinage, suite à une opération d'affûtage, de manière à réajuster sa fréquence de résonance, mais cette opération est complexe, longue, coûteuse, pénalisante car elle doit intervenir dès qu'un affûtage de la lame est réalisé et risque d'engendrer la casse de l'émetteur et du générateur ultrason si ce réajustement de la fréquence de résonance de la lame n'est pas suffisant.
  • De plus, la machine de coupe comportant un tel dispositif de coupe par ultrasons est dimensionnée pour fonctionner à une plage de fréquence donnée, ce qui impose des contraintes dimensionnelles de la lame. Ainsi, un opérateur désirant utiliser une même machine de coupe avec des profils de lame différents en fonction des produits à découper se retrouvent dans l'incapacité d'interchanger des lames avec des profils différents ou des dimensions différentes si ces lames en question ne sont pas conçues initialement pour résonner à la même fréquence de résonance.
  • Pour remédier à ces problèmes il a été proposé, dans un autre domaine que celui des outils de découpe par ultrasons, un dispositif de mise en vibration d'un élément interne, i.e. non résonant, par ultrasons à l'aide d'une tête ultrasonique accordée. Ce dispositif particulier est décrit dans la demande de brevet FR2651693 pour permettre le soudage par ultrasons. Le dispositif décrit dans ce document permet de remédier aux difficultés de mise en vibration connues d'un élément inerte et aux difficultés liées au désaccordement des différents éléments de l'ensemble électroacoustique.
  • A cet effet, le dispositif propose d'utiliser une sonotrode en forme de croix dont les branches sont accordées à la fréquence de l'émetteur (1/2 longueur d'onde). Les branches de la sonotrode sont en intéraction d'une part avec un émetteur à ultrasons et d'autre part avec un élément inerte à faire vibrer, les deux autres branches de la croix sont libres de façon à vibrer en résonance en créant ainsi une bande passante de fréquence de l'ensemble électroacoustique centrée sur la fréquence de l'émetteur ultrasons. Ce dispositif permet ainsi de faciliter la mise en vibration d'un élément inerte en s'affranchissant des problèmes cités précédemment.
  • Toutefois, un tel dispositif n'est pas utilisable en tant que tel dans le domaine de la découpe par ultrasons de produits industriels. En effet, le dispositif décrit ne permet pas de centrer suffisamment la bande passante de l'ensemble électroacoustique sur la fréquence de résonance de l'émetteur, ce qui ne permet pas d'obtenir des rendements suffisamment important. En outre, l'amplitude de vibration de l'élément inerte obtenue par ce dispositif n'est également pas suffisante pour une utilisation autre que le soudage. Ainsi pour une application de découpe de produits industriels, tels que des produits agro-alimentaires, la trop faible amplitude de l'élément inerte du dispositif ne permet de réaliser convenablement des découpes telles qu'il est possible de les réaliser avec les dispositifs de découpe par ultrasons connus avec lesquels la lame est résonante.
  • Le dispositif proposé dans le document FR2651693 n'est pas non plus adapté pour être intégré dans une machine fixe de découpe car sa géométrie limite grandement les possibilités d'implantation sur machine.
    • DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L'INVENTION
  • Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe inerte, particulièrement adapté pour la coupe de produits industriels, et plus particulièrement aux produits agro-alimentaires, avec une amplitude de vibration grandement améliorée et avec également un meilleur rendement.
  • Le dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe inerte selon l'invention vise également à proposer une architecture à multiples configurations permettant de s'adapter à tout type d'utilisation et facilitant par conséquent son implantation dans une machine de coupe par ultrasons de produits industriels.
  • A cette fin, l'invention concerne un dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe inerte, pour la coupe de produits industriels, ledit dispositif comportant :
    • un ensemble électroacoustique à fréquence fixe comportant un émetteur à ultrasons ;
    • un outil de coupe inerte à faire vibrer ;
    • une sonotrode accordée à la fréquence de l'émetteur ;
    ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite sonotrode comporte une partie principale en forme de disque présentant un axe de révolution et deux branches latérales cylindriques s'étendant de part et d'autre de la partie principale, selon une direction parallèle à l'axe de révolution,
    ledit disque présentant un pourtour périphérique sur lequel est raccordé ledit outil de coupe ;
    ledit émetteur à ultrasons étant raccordé à une première branche latérale cylindrique.
  • On entend par le terme sonotrode, un élément, avantageusement métallique, qui restitue une énergie vibratoire par « contraction/dilatation » lorsqu'il est soumis à des ultrasons.
  • On entend par le terme inerte un élément qui n'est pas accordé à la fréquence de résonance de l'émetteur.
  • Ainsi, contrairement au dispositif décrit dans le document FR2651693 l'ensemble électroacoustique ainsi formé par le dispositif génère une bande passante de fréquence mieux centrée sur la fréquence de l'émetteur.
  • Le dispositif selon l'invention permet également de transmettre à l'élément inerte, l'outil de coupe dans notre application, des vibrations avec des amplitudes plus importantes que celles permises avec le dispositif décrit dans le document FR2651693 . Le dispositif selon l'invention permet également d'obtenir un meilleur rendement qu'avec le dispositif décrit dans le document FR2651693 .
  • Le dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe inerte pour la coupe de produits agro-alimentaires selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
    • ladite partie principale présente un diamètre extérieur dont la valeur est égale à la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur ;
    • la partie principale présente une épaisseur et en ce que les branches latérales cylindriques présentent un diamètre extérieur, ladite sonotrode étant dimensionnée de sorte que le rapport entre le diamètre extérieur des branches latérales cylindriques et l'épaisseur de la partie principale soit supérieur à 1 ;
    • la partie principale en forme de disque comporte deux flancs, les flancs présentant un profil rectiligne ou un profil courbe ;
    • ledit dispositif comporte une sonotrode auxiliaire stabilisatrice raccordée à une deuxième branche latérale cylindrique ;
    • ladite sonotrode stabilisatrice présente une géométrie en forme de cylindre ou de cône tronqué ;
    • ladite sonotrode stabilisatrice présente une longueur qui est multiple de la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur ;
    • ledit dispositif comporte un moyen de fixation permettant de solidariser ledit dispositif de mise en vibration sur un ensemble non résonant ;
    • le pourtour périphérique de ladite partie principale de la sonotrode comporte au moins un méplat créant un surface d'appui plane sur laquelle est raccordée ledit outil de coupe ;
    • le pourtour périphérique de ladite partie principale de la sonotrode comporte une pluralité de méplats répartis sur le pourtour périphérique créant des surfaces d'appui planes pour pouvoir raccorder des éléments vibrants et/ou des éléments inertes.
  • L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées :
    • la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe inerte pour la coupe de produits agro-alimentaires selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en perspective de la sonotrode en forme de couronne du dispositif selon l'invention ;
    • les figures 3a, 3b et 3c sont des vues en coupe selon un plan de coupe transversal de trois exemples de réalisation de la couronne du dispositif illustré à la figure 2.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
  • La figure 1 représente en perspective le dispositif de mise en vibration par ultrasons 100 selon l'invention raccordé à un élément interne à mettre en vibration, tel qu'un outil de coupe pour la découpe de produits agro-alimentaires.
  • Le dispositif 100 comporte :
    • un ensemble électroacoustique à fréquence fixe constitué d'un émetteur à ultrasons 110 émettant à une fréquence comprise entre 20 kHz et 100 kHz, et préférentiellement entre 20 kHz et 40 kHz ; l'émetteur a pour objectif de mettre en vibration l'ensemble des éléments résonants du dispositif 100 ;
    • une sonotrode 120 en forme de couronne accordée à la fréquence de l'émetteur 110 ;
    • une sonotrode auxiliaire stabilisatrice 130 ou masse stabilisatrice également accordée à la fréquence de l'émetteur 110 ;
    • un système de fixation 140 permettant de pouvoir raccorder l'ensemble vibrant constitué par le dispositif 100 à un ensemble fixe non résonant tel qu'une machine, sans décentrer la bande passante de l'ensemble électroacoustique ;
    • un outil de coupe 160, inerte, i.e. non accordé à la fréquence de l'émetteur 110 et raccordé physiquement à la couronne 120 éventuellement par une rallonge résonante 150 si nécessaire.
  • Le dispositif 100 constitue ainsi un ensemble accordé à la fréquence de résonance de l'émetteur 110, à l'exception de l'outil de coupe 160.
  • Le profil en couronne de la sonotrode 120 a pour but de transmettre un maximum d'amplitude et de rendement de vibration à l'outil de coupe 160 tout en permettant une mise en vibration de la sonotrode stabilisatrice 130.
  • La couronne 120, illustrée de manière plus détaillée à la figure 2, est constituée par :
    • une partie principale centrale 121 sensiblement en forme de disque présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe de révolution X ; la partie principale 121 présentant un diamètre extérieur Dpe et une épaisseur Ep ;
    • deux branches latérales 122, 123 de forme cylindrique orientées selon l'axe de révolution de la partie principale centrale 121 et situées de part et d'autre de la partie principale 121 ; les deux branches latérales 122, 123 présentent un diamètre extérieur Dbe.
  • Les deux branches latérales 122, 123 sont solidaires de la partie principale 121 par l'intermédiaire de congés de raccordement 124. La première branche 122 est raccordée à l'émetteur à ultrasons 110 et la deuxième branche 123 est adaptée pour pouvoir raccorder la masse stabilisatrice 130.
  • La masse stabilisatrice ou sonotrode auxiliaire stabilisatrice est un élément optionnel toutefois la présence d'une telle masse stabilisatrice positionnée dans la continuité de l'émetteur à ultrasons permet d'optimiser davantage les performances du dispositif de mise en vibration 100 et d'augmenter le rendement de l'ensemble électroacoustique.
  • Le pourtour périphérique 126 de la partie principale 121 de la couronne 120 comporte des méplats 125 formant des surfaces planes optimisées pour recevoir d'une part le système de fixation 140 et d'autre part l'outil de coupe 160. Sur l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, la couronne 120 comporte quatre méplats 125 uniformément répartis sur le pourtour de la partie principale 121; le nombre de méplats de la couronne étant ajustable en fonction du nombre d'éléments vibrants que l'on souhaite positionner. Ainsi la forme circulaire de la sonotrode offre l'avantage de pouvoir faire varier librement la position, voire le nombre, des éléments inertes à faire vibrer.
  • La couronne 120 ainsi décrite permet de mettre des éléments en vibration selon trois directions, l'émetteur 110 et la masse stabilisatrice 130 étant avantageusement positionnés dans une même direction perpendiculaire au plan transverse de la couronne qui est parallèle au plan de positionnement des éléments, référencé A-A sur la figure 1. Les méplats 125 permettent la fixation et la mise en vibration des différents éléments dans ce plan de positionnement A-A.
  • Les figures 3a, 3b et 3c représentent des coupes selon un plan transversal de la couronne 120. Ces figures 3a, 3b, 3c permettent d'illustrer plus précisément trois exemples de réalisation des profils des flancs de la partie principale de la couronne.
  • En effet, la partie principale centrale 121 comportent deux flancs 127, 128 sur lesquels sont raccordés les deux branches latérales 122, 123. La géométrie de ces flancs permet de modifier l'amplitude des vibrations transmises à l'outil de coupe. Ainsi, il est possible de modifier le profil des flancs en fonction du niveau d'amplitude souhaité et en fonction des applications.
  • Le profil des flancs peut être rectiligne comme illustré à la figure 3a ou encore conique comme illustré à la figure 3b. De manière préférentielle, le profil des flancs 127, 128 présente une forme courbe de type caténoidale comme illustré à la figure 3c.
  • Avantageusement, la couronne 120 est dimensionnée de manière à obtenir un rapport entre le diamètre extérieur Dbe des branches latérales 122, 123 et l'épaisseur Ep de la partie centrale 121 supérieure à 1. Le respect de ce rapport permet d'optimiser l'efficacité du dispositif 100 et ainsi transmettre davantage de vibrations à l'outil de coupe 160.
  • Le diamètre extérieur Dpe de la partie principale 121 de la couronne 120 correspond à un multiple d'une demi-longeur d'onde de la fréquence de l'émetteur 110, et avantageusement le diamètre Dpe est égal à une demi-longueur d'onde, de sorte que la couronne 120 soit résonante avec l'émetteur à ultrasons 110.
  • La sonotrode stabilisatrice 130 est dimensionnée pour pouvoir vibrer en résonance avec la couronne 120 et l'émetteur 110. Par conséquent, la sonotrode stabilisatrice 130 présente une longueur qui est multiple de la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur 110. Avantageusement, la longueur de la sonotrode stabilisatrice 130 est égale à la demi-longueur d'onde de l'émetteur 110.
  • La sonotrode stabilisatrice 130 participe donc à la mise en vibration de l'outil de coupe 160. Il est également possible d'optimiser l'amplitude de l'outil de coupe 160 en modifiant simplement la forme de cette sonotrode stabilisatrice 130. Ainsi, grâce à l'invention, il est possible de moduler simplement l'amplitude transmise à l'outil de coupe 160 sur un même dispositif de mise en vibration 100 simplement en interchangeant des sonotrodes stabilisatrices 130 présentant différentes formes. Préférentiellement, la sonotrode stabilisatrice 130 présente une forme cylindrique ou encore une forme de cône tronqué, dont le plus grand diamètre est positionné en regard de la couronne 120.
  • Ainsi, la sonotrode 120 en forme de couronne complétée par la sonotrode stabilisatrice 130 positionnée dans le prolongement de l'émetteur 110 permet d'optimiser le recentrage de la bande passante de l'ensemble électroacoustique par rapport à la fréquence de résonance de l'émetteur 110, et participe à l'augmentation du rendement du dispositif électroacoustique et de l'amplitude des vibrations transmises à l'outil de coupe 110.
  • Le système de fixation 140 permet de raccorder l'ensemble vibrant à un ensemble non vibrant, telle qu'une machine, sans décentrer la bande passante de l'ensemble électroacoustique. Par conséquent, le système de fixation est également dimensionné de manière à pouvoir vibrer avec les autres éléments du dispositif 100.
  • Le système de fixation 140 peut également être constitué d'un « booster » ultrason, composant classiquement utilisé dans les applications ultrasonores. Le système de fixation présente une longueur multiple de la longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur 110, et avantageusement égale la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur 110.
  • La rallonge résonante 150 est dimensionnée de manière à permettre la transmission d'une vibration radiale de la couronne 130 à l'outil de coupe 160. De manière identique aux autres éléments constituant l'ensemble vibratoire, la longueur de la rallonge 150 est un multiple de la longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur 110, et avantageusement égale à une demi-longueur d'onde.
  • Cette rallonge résonante 150, optionnelle, peut être un élément communément appelé « booster » afin de pouvoir éventuellement permettre une modification de l'amplitude radiale transmise à l'outil de coupe inerte 160 si nécessaire.
  • L'outil de coupe 160 à faire vibrer peut être avantageusement une lame métallique, un système vibrant comme un fil, une lame composite, des outils de forme de type emporte-pièce.
  • Grâce au dispositif selon l'invention, il n'existe plus de limite ni de contrainte liée aux opérations de réaffutage des lames de coupe dans la mesure où l'augmentation de la fréquence de résonance de la lame, inhérente à cette réparation, ne déstabilise plus l'ensemble électroacoustique.
  • Le dispositif selon l'invention permet également de réaliser des découpes de produits de dimensions variées avec un même dispositif et une même machine, notamment par la possibilité d'utiliser une gamme variée de lames sans contraintes de dimensions.
  • L'invention a été particulièrement décrite pour la mise en vibration d'un outil de coupe pour la découpe de produits industriels, et plus particulièrement des agro-alimentaires. Toutefois, bien que le problème soit lié au domaine particulier de la découpe de produits agro-alimentaires, le dispositif selon l'invention permet également d'apporter des améliorations dans d'autres domaines techniques nécessitant la mise en vibration d'un élément. Ainsi, l'outil de coupe décrit dans la présente demande peut facilement être remplacé par d'autres éléments inertes par exemple pour réaliser des opérations de découpe de produit non alimentaire, de mise en vibration d'échangeurs de chaleur, de nettoyage, de décolmatage d'éléments filtrants, de mise en vibration de système bactéricides, etc.
  • L'invention a été particulièrement décrite avec une unique position de l'outil de coupe inerte. Toutefois, il est prévu de pouvoir déplacer facilement et librement l'outil de coupe sur le pourtour périphérique de la couronne.
  • L'invention a été particulièrement décrite avec un seul élément inerte à faire vibrer ; toutefois, il est également envisager de pouvoir faire vibrer plusieurs éléments inertes simultanément notamment grâce à la forme particulière de la sonotrode.
  • L'invention a été particulièrement décrite avec une architecture particulière, toutefois, il est prévu de pouvoir modifier le positionnement de l'émetteur, de la sonotrode stabilisatrice, de l'élément inerte et du système de fixation en fonction des contraintes d'encombrement et des applications souhaitées.

Claims (10)

  1. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte, pour la coupe de produits industriels ledit dispositif comportant :
    - un ensemble électroacoustique à fréquence fixe comportant un émetteur à ultrasons (110) ;
    - un outil de coupe (160) inerte à faire vibrer ;
    - une sonotrode accordée à la fréquence de l'émetteur (120) ;
    ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite sonotrode (120) comporte une partie principale (121) en forme de disque présentant un axe de révolution (X) et deux branches latérales cylindriques (122, 123) s'étendant de part et d'autre de la partie principale (121), selon une direction parallèle à l'axe de révolution (X),
    ledit disque (121) présentant un pourtour périphérique (126) sur lequel est raccordé ledit outil de coupe (160) ;
    ledit émetteur à ultrasons (110) étant raccordé à une première branche latérale cylindrique (122).
  2. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite partie principale (121) présente un diamètre extérieur (Dpe) dont la valeur est égale à la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur (110).
  3. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie principale (121) présente une épaisseur (Ep) et en ce que les branches latérales cylindriques (122, 123) présentent un diamètre extérieur (Dbe), ladite sonotrode (120) étant dimensionnée de sorte que le rapport entre le diamètre extérieur (Dbe) des branches latérales cylindriques (122, 123) et l'épaisseur (Ep) de la partie principale (121) soit supérieur à 1.
  4. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie principale (121) en forme de disque comporte deux flancs (127, 128), les flancs (127, 128) présentant un profil rectiligne ou un profil courbe.
  5. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif (100) comporte une sonotrode auxiliaire stabilisatrice (130) raccordée à une deuxième branche latérale cylindrique (123).
  6. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite sonotrode stabilisatrice (130) présente une géométrie en forme de cylindre ou de cône tronqué.
  7. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que ladite sonotrode stabilisatrice présente une longueur qui est multiple de la demi-longueur d'onde de la fréquence de l'émetteur (110).
  8. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif (100) comporte un moyen de fixation (140) permettant de solidariser ledit dispositif de mise en vibration (100) sur une ensemble non résonant.
  9. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le pourtour périphérique (126) de ladite partie principale (121) de la sonotrode (120) comporte au moins un méplat (125) créant un surface d'appui plane sur laquelle est raccordée ledit outil de coupe (160).
  10. Dispositif (100) de mise en vibration par ultrasons d'un outil de coupe (160) inerte selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le pourtour périphérique (126) de ladite partie principale (121) de la sonotrode (120) comporte une pluralité de méplats (125) répartis sur le pourtour périphérique (126) créant des surfaces d'appui planes pour pouvoir raccorder des éléments vibrants et/ou des éléments inertes.
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