EP3875233A1 - Ultrasound cutting system - Google Patents

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EP3875233A1
EP3875233A1 EP21155145.2A EP21155145A EP3875233A1 EP 3875233 A1 EP3875233 A1 EP 3875233A1 EP 21155145 A EP21155145 A EP 21155145A EP 3875233 A1 EP3875233 A1 EP 3875233A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic
cutting
inert
cutting tool
cutting system
Prior art date
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Granted
Application number
EP21155145.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3875233C0 (en
EP3875233B1 (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.)
Vulcain M Francois
Sodeva TDS SARL
Original Assignee
Vulcain M Francois
Sodeva TDS SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vulcain M Francois, Sodeva TDS SARL filed Critical Vulcain M Francois
Publication of EP3875233A1 publication Critical patent/EP3875233A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3875233C0 publication Critical patent/EP3875233C0/en
Publication of EP3875233B1 publication Critical patent/EP3875233B1/en
Active 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
    • 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
    • B26D1/01—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 involving a cutting member which does not travel with the work
    • B26D1/12—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 involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis
    • B26D1/25—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 involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member
    • B26D1/26—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 involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member moving about an axis substantially perpendicular to the line of cut
    • B26D1/30—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 involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member moving about an axis substantially perpendicular to the line of cut with limited pivotal movement to effect cut
    • 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
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08—Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B26D5/14—Crank and pin means
    • 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
    • B26D2210/00—Machines or methods used for cutting special materials
    • B26D2210/02—Machines or methods used for cutting special materials for cutting food products, e.g. food slicers

Definitions

  • the technical field of the invention is that of ultrasonic cutting, and in particular of agrifood products.
  • the invention relates more particularly to a device for ultrasonic cutting of industrial products, in particular agrifood products, by means of a non-resonant blade.
  • Ultrasonic cutting is a process using an ultrasonic vibrating device setting in motion at high frequency a rigid blade having at least one sharp edge.
  • the ultrasonic vibrations of the rigid blade although of moderate amplitude, have such characteristics (speed, acceleration, frequency of vibration) that the object tends not to adhere to the blade and make it possible to increase the power of blade cut. Consequently, this cutting process is particularly suitable for cutting fragile products that do not tolerate large deformations under the effect of a blade, products rich in fat or sugar and therefore sticky, for cutting into parts of round products, for cutting products of different heights (typically varying between 10 and 120 mm), for cutting products of great thickness (typically from 60 to 200 mm), and again for cutting thin slices (from the order of 2 mm).
  • ultrasonic cutting makes it possible to meet many cutting objectives and constraints.
  • the sharpening operation has the consequence of impacting the vibratory characteristics of the blade and consequently of modifying the resonant frequency of the blade, which generates an imbalance of the electroacoustic assembly.
  • this sharpening operation is not always possible, in particular when the damage to the blade is too great.
  • the cutting machine comprising such an ultrasonic device is dimensioned to operate at a given frequency range, which imposes particular dimensional constraints on the blade.
  • these cutting machines using ultrasonic devices represent a significant investment and have the drawback of being not very versatile since they are generally sized and used for specific applications. Therefore, it may happen that these ultrasonic cutting machines are not suitable for cutting large-sized products.
  • the maximum width of a resonant blade is a function of the resonant frequency. The more frequent increases, the more the width of the blade decreases.
  • the maximum length of a resonant blade is around 400 mm for a titanium alloy blade. Therefore, the cutting of large-sized products requires the juxtaposition of several twin blades which complicates the installation and makes the cutting of large-sized products unsuitable because it is too expensive to put in place.
  • the invention aims to provide a system for cutting industrial products from a non-resonant cutting tool, for cutting agri-food products, which is particularly versatile, easily adaptable depending on the applications and requirements. dimensions of the products to be cut, having improved cutting qualities compared to ultrasonic cutting devices comprising non-resonant cutting tools of the state of the art.
  • the invention also aims to provide a system for cutting industrial products from a non-resonant cutting tool having the efficiency advantages of an ultrasonic cutting device using a resonant cutting tool known from the state of. the technique, while having an economic advantage and ease of implementation compared to ultrasonic cutting devices with resonant cutting tool known from the state of the art.
  • the ultrasonic transmitter may also be called an "ultrasonic transmitter", a term commonly used in the field.
  • the resonant assembly is said to be tuned to the ultrasonic wave if at least one dimension of each element forming the assembly, in general the length, is equal to a multiple of the half-wavelength of the ultrasonic wave. It is also said in this case that the element is resonant with the ultrasonic wave.
  • the cutting tool is said to be inert because it is not tuned, or not resonant, to the ultrasonic wave.
  • the inert cutting tool coupled to the resonant assembly, is vibrated by the resonant assembly, in a vibration according to a bending mode.
  • the ultrasonic vibrating device enables the inert cutting tool to vibrate regardless of the geometric configuration of the inert cutting tool.
  • the inert cutting tool vibrating at an ultrasonic frequency according to a bending mode, makes it possible to reduce the adhesion of the product during the cutting phase and also to improve the quality of cut by a non-stick effect.
  • the flexural vibration also helps to facilitate product separation under the cutting tool wire.
  • the ultrasonic cutting system comprises a means for setting the inert cutting tool in rotation making it possible to generating additional shear stress on the product by rotating said inert cutting tool.
  • the cutting system according to the invention makes it possible to improve the cutting power of an inert cutting tool by proposing a rotation of the inert cutting tool, simultaneously with the ultrasonic vibration, generating a non-stick effect.
  • the cutting system according to the invention using an inert cutting tool advantageously makes it possible to be able to modify the dimensions of the inert cutting tool so as to adjust them to the various formats of the products to be cut.
  • the inert cutting tool can also be sharpened without having a major impact on the vibratory properties of the tool.
  • the cutting tool non-resonant
  • the cutting tool can be interchanged according to the needs and the formats and the nature of the products to be cut while keeping the rest of the ultrasonic cutting system.
  • it is not necessary to provide an ultrasonic cutting system per type of inert cutting tool, which can represent an interest and an economic advantage.
  • the cutting system according to the invention advantageously combines an ultrasonic vibration of the inert cutting tool as well as a rotation of the inert cutting tool so as to mechanically generate an additional shearing force on the products to be cut to increase the cutting power of the inert cutting tool.
  • Cutting power relates the ability to cut a product as a function of the force exerted on the inert cutting tool.
  • the increased cutting power means that less force is sufficient to cut the product.
  • the ultrasonic cutting system may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or according to any technically possible combination.
  • the resonant assembly comprises a first resonant element configured to vibrate according to a first traction / compression mode and a second resonant element. configured to vibrate according to a second mode of traction / compression, the inert cutting tool being positioned between the first resonant element and the second resonant element.
  • the first resonant element is an ultrasonic amplifier.
  • the ultrasonic amplifier can also be called a "booster" in English.
  • the ultrasonic amplifier has an amplification ratio greater than or equal to 1.
  • the ultrasonic amplifier resonating with the ultrasonic wave, transmits and amplifies the amplitude of the ultrasonic wave and therefore of the vibration according to the direction of propagation.
  • the amplitude of flexural vibration of the inert cutting tool is increased.
  • the ultrasonic amplifier has an amplification ratio of less than 1.
  • the vibration amplitude of the inert cutting tool is thus reduced, making it possible to reduce the ultrasonic energy transmitted to the product to be cut, in particular in the case where the product is fragile.
  • the second resonant element is a resonant mass.
  • the resonant mass constitutes a means of connection of the resonant assembly with the inert cutting tool.
  • the resonant mass also makes it possible to optimize the recentering of the passband of the resonant assembly around the frequency of the ultrasonic wave. Thus, the efficiency of vibrating the inert cutting tool is improved.
  • the ultrasonic transmitter is a piezoelectric transducer generating the ultrasonic wave the frequency of which is between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 20 kHz and 40 kHz.
  • the ultrasonic cutting system comprises a cutting support, the rotating means being fixed to the cutting support.
  • the cutting support provides a reaction to the shear stress applied by the inert cutting tool during the cutting phase.
  • the cutting support comprises a protective coating on an upper part, resistant to cutting and to the heat given off by the bending vibration of the inert cutting tool.
  • the protective coating of the cutting support is made of silicone or polyurethane with high mechanical strength.
  • the rotating means is positioned near a first end of the inert cutting tool so as to allow a pivot movement along an axis of rotation.
  • the pivot movement provides leverage.
  • the lever achieves an increased shear stress which would not be attainable by the force of the operator alone if the inert cutting tool were to describe a vertical translation. Thus the operator will be able to cut hard products, ie products with a high shear modulus.
  • the ultrasonic device is located on the inert cutting tool near the axis of rotation.
  • the apparent weight of the inert cutting tool is reduced, facilitating the handling of the inert cutting tool by the 'operator.
  • the ultrasonic device is located on the inert cutting tool at a distance from the axis of rotation.
  • the weight of the vibrator is involved in the leverage effect and results in a higher shear stress for the inert cutting tool.
  • the axis of rotation is substantially parallel to the direction of propagation of the ultrasonic wave.
  • the rotating means comprises a support part configured to provide a pivot connection with a rotating shaft, the rotating means comprising an interface part coupled to the rotating shaft. rotating shaft and attached to the inert cutting tool, the interface piece being configured to reflect the bending vibration of the inert cutting tool.
  • the interface part is made of stainless steel.
  • the inert part reflecting the vibration of the inert cutting tool, reduces the dissipation of ultrasonic energy in the rotating means, the greater part of the ultrasonic energy being thus used for the vibration of the machine. inert cutting tool.
  • the rotating means comprises a gripping means, positioned near a second end of the inert cutting tool.
  • the rotating means comprises a mechanical device, such as a jack or a motor, configured to apply a mechanical torque to the inert cutting tool.
  • the torque applied by the mechanical device makes it possible to assist the operator in handling the inert cutting tool and thus to achieve higher shear stresses.
  • the mechanical device can also make it possible to reduce the weight of the inert cutting tool in order to relieve the operator raising the inert cutting tool at the end of a cutting phase or to position the product.
  • the resonant assembly and the rotating means are removable.
  • the inert cutting tool is thus removable for sharpening or replacement.
  • the inert cutting tool can also be interchanged, in order to adapt to the type of product to be cut.
  • the inert cutting tool comprises a metal blade the thickness of which is less than or equal to 10 mm.
  • the blade is made of a titanium alloy.
  • the inert cutting tool comprises a first cutting edge.
  • the first cutting edge has a first cutting angle, less than or equal to 10 ° and a first thickness of sharpening wire less than or equal to 0.1 mm.
  • the first cutting edge exerts the shear stress on the product so as to cut the product.
  • the inert cutting tool comprises a second cutting edge, opposite the first cutting edge.
  • the first and second cutting edges make it possible to cut the product in a back-and-forth circular motion, cutting the product above and / or below.
  • the second cutting edge has a second cutting angle, less than or equal to 10 ° and a second thickness of sharpening wire less than or equal to 0.1 mm.
  • the ultrasonic cutting system comprises a means for tensioning the inert cutting tool.
  • the figure 1 shows a top view of an ultrasonic cutting system 101 according to a first embodiment according to the invention, intended to cut a product 1.
  • the ultrasonic cutting system 101 comprises an inert cutting tool 200 and an ultrasonic vibrating device 300.
  • the inert cutting tool 200 is coupled to the resonant assembly 320 so as to vibrate in a bending mode.
  • the ultrasonic cutting system 101 further comprises a rotating means 400 configured to allow a rotational movement of the inert cutting tool 200 along an axis of rotation Y, substantially parallel to the direction of propagation X.
  • the inert cutting tool 200 to be vibrated is for example a thin metal blade, that is to say having a thickness less than or equal to 10 mm, and advantageously between 0.5 mm and 10 mm.
  • the inert cutting tool 200 has a length and a height adapted to the product to be cut, preferably a flattened parallelepipedal shape.
  • the profile of the cutting tool does not influence the bending vibration, so the cutting tool can have a single-sided or bifacial profile.
  • the inert cutting tool 200 has a length of between 200 mm and 1000 mm.
  • the inert cutting tool 200 has a height of between 20 mm and 100 mm.
  • the inert cutting tool 200 is advantageously made of a material having relevant acoustic properties in the implementation of ultrasonic cutting, such as a high modulus of elasticity, for example of titanium alloy.
  • the material can also have physicochemical properties allowing compatible use in the food industry, such as corrosion resistance and a low transfer rate.
  • the inert cutting tool 200 has a first longitudinal end 201 and a second longitudinal end 202.
  • the inert cutting tool 200 also comprises a first flank 210A and a second flank 210B preferably corresponding to the two largest faces of the inert cutting tool 200.
  • the first and the second flank 210A, 210B are partially connected to each other by a first cutting edge 211, stretching from the first end 201 to the second end 202, intended to make the cut in the product 1.
  • the figure 2 shows an enlargement of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101 according to the invention, particularly centered on the device for vibrating by ultrasound 300. Certain elements are not shown so as to improve the clarity of the image. figure 2 .
  • the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter 310 which we will also call “compression wave”, is longitudinal, at a fixed frequency, and propagates in the direction of propagation X.
  • Ultrasonic transmitter 310 is electrically powered by an ultrasonic generator, not shown in the drawings, configured to acoustically vibrate the ultrasonic transmitter at a frequency in the ultrasonic range.
  • the ultrasonic transmitter 310 is configured to vibrate at a frequency between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 20 kHz and 40 kHz.
  • the resonant assembly 320 is coupled to the ultrasonic transmitter 310 and is configured to vibrate in resonance with the transmitter at the wave frequency of compression and to transmit this compression wave in the direction of propagation X.
  • the resonant assembly 320 is said to be resonant, or tuned, to the compression wave. Consequently, the resonant assembly 320 has dimensions, advantageously the dimension along the direction of propagation X, which are multiples of the half wavelength of the compression wave. Thus, a mode of vibration, in traction / compression in the direction of propagation X, is established within the resonant element 320.
  • the resonant element 320 comprises a first resonant element and a second resonant element.
  • the first resonant element is an ultrasonic amplifier 330, also called an ultrasonic booster or an ultrasonic booster, configured to amplify the displacement amplitude of the compression wave.
  • An amplification ratio of the ultrasonic amplifier 330 can advantageously be greater than 1 and preferably of the order of 1.5.
  • the amplification ratio of the ultrasonic amplifier 330 can also be less than 1.
  • the ultrasonic amplifier 330 is for example an axially symmetrical part, made of stainless steel or of a titanium alloy. In the exemplary embodiment illustrated in figure 1 and at the figure 2 , the ultrasonic amplifier 330 has a length L B.
  • the length L B of the ultrasonic amplifier 330 along the direction of propagation X is preferably equal to the half-length of the compression wave and makes it possible to tune the ultrasonic amplifier 330 to the compression wave.
  • Ultrasonic transmitter 310 and ultrasonic amplifier 330 are coupled to transmit the compression wave from ultrasonic transmitter 310 to ultrasonic amplifier 330.
  • the second resonant element is a resonant mass 340.
  • the resonant mass 340 has, for example, axial symmetry. In the exemplary embodiment illustrated in figure 1 and the figure 2 , the resonant mass 340 has a length L M.
  • the resonant mass 340 can for example be made of a titanium alloy.
  • the length L M of the resonant mass 340 is preferably equal to the half-length of the compression wave and makes it possible to tune the resonant mass 340 to the compression wave.
  • the length of the compression wave propagating in a titanium alloy is about 25 cm.
  • the length L B of the ultrasonic amplifier 330 and the length L M of the resonant mass 340 granted to the compression wave at 20 kHz are multiples of 12.5 cm.
  • the resonant assembly 320 encloses the inert cutting tool 200 on either side.
  • the resonant assembly 320 makes rigid contact of the ultrasonic amplifier 330 and of the resonant mass 340 on a portion of the cutting tool. inert 200.
  • the ultrasonic amplifier 330 is in rigid contact on the first flank 210A.
  • the resonant mass 340 is in rigid contact on the second flank 210B.
  • the resonant mass 340 is preferably aligned with the ultrasonic amplifier 330 along the direction of propagation X.
  • the compression wave established within the resonant assembly 320 passes through the portion of the inert cutting tool 200 in the direction of the thickness.
  • the contact surface between the amplifier 330 and the first flank 210A also called the span, has a very good flatness so that the compression wave can be transmitted efficiently, without loss.
  • the range between the amplifier 330 and the first flank 210A can be reduced to a few tens of square millimeters in order to facilitate the transmission of the compression wave.
  • the range between the resonant mass 340 and the second flank 210B can also be reduced to a few tens of square millimeters in order to facilitate transmission.
  • the figure 2 presents an example of displacement d at a given instant within the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 along the direction of propagation X.
  • the displacement d describes a curve taking the shape of a sinusoid whose period is equal to the length L B of the ultrasonic amplifier 330 plus the length L M of the resonant mass 340.
  • the positive values of the displacement d signify a displacement in the direction of the direction of propagation X and the negative values of the displacement d signify a displacement in the opposite direction of the direction of propagation X.
  • the ultrasonic amplifier 330 is contracted while the resonant mass 340 is expanded.
  • the propagation of the compression wave in the resonant element 320 imposes continuity between the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340, vibrating in phase opposition.
  • the portion of the inert cutting tool 200 clamped in the center of the resonant assembly 320 is driven by the compression wave and moves according to the repeated pulls and compressions of the ultrasonic amplifier 330 and of the resonant mass 340 .
  • the portion of the inert cutting tool 200 undergoes a displacement d in the opposite direction of the direction of propagation X.
  • the portion of the inert cutting tool 200 undergoes a vibration in the direction of X propagation, driven by the compression wave.
  • the vibration of the portion of the inert cutting tool 200 causes a vibration of the inert cutting tool 200 according to a displacement perpendicular to the first and second flanks 210A, 210B.
  • the vibration which we will call bending mode vibration, propagates through the rest of the inert cutting tool 200, depending on the length of the inert cutting tool 200.
  • the inert cutting tool 200 does not need to be tuned (or resonant) for the bending vibration mode to propagate. Thus, the length, thickness and height of the inert cutting tool 200 can be adjusted to the dimensions of the product 1 to be cut.
  • the figure 3 schematically shows a sectional view along a plane II of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101, the plane II being materialized on the figure 5 .
  • the figure 3 shows an enlargement of the first embodiment visible in the figure 2 , particularly centered on the device for vibrating by ultrasound 300. However, certain elements are not shown so as to improve the clarity of the image. figure 3 .
  • the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 are held in contact against the first and second flanks 210A, 210B of the inert cutting tool 200 by means of a first removable attachment 350.
  • the first attachment removable 350 allows the separation of the resonant assembly 320 and the disassembly of the inert cutting tool 200. Thus it is easy to change or remove the inert cutting tool 200.
  • the first removable fixing 350 is for example a stud, passing through the thickness of the inert cutting tool 200, fixed in two housings each made in the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340.
  • the inert cutting tool 200 can have an opening 220 through which the first removable attachment 350 can pass through.
  • the first removable attachment 350 can also be integral with the inert cutting tool 200 without the disassembly of the resonant assembly 320 being made impossible, the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 being attached to the first. removable fixing 350.
  • the handling of the inert cutting tool 200 can be carried out by means of a flange 430.
  • the flange 430 can for example be fixed to the resonant assembly 320.
  • the flange 430 is advantageously arranged at level d 'a vibration node so as to reduce the propagation of the compression wave in the flange 430.
  • the flange 430 may for example include a ring 490 bearing on a bearing 480 made in the flange 430, minimizing the contact surface between the flange 430 and the resonant assembly 320.
  • the flange 430 can advantageously comprise two parts held by two screws so as to make it removable.
  • the figure 4 schematically shows, in top view, the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101 also presented in the figure 1 .
  • the figure 4 presents in particular an enlargement of the ultrasonic cutting system 101 centered on the axis of rotation Y.
  • the rotating means 400 comprises a support part 420 and a rotation shaft 460.
  • the support part 420 and the rotation shaft 460 are configured to provide a pivot connection through which the axis of rotation Y passes.
  • the inert cutting tool 200 is coupled to the rotation shaft 460, thus allowing a rotation around the support part 420 to be described.
  • the rotating means 400 includes an interface part 410.
  • the inert cutting tool 200 is coupled to the rotating shaft 460 by means of the part. interface 410.
  • the interface piece 410 provides a mechanical connection with the inert cutting tool 200 and also allows the disassembly of the inert cutting tool 200.
  • the interface piece 410 is disposed near the first end 201 of the inert cutting tool 200.
  • the acoustic impedance and the dimensions of the interface piece 410 are chosen so as to promote the reflection of the vibration. in bending within the inert cutting tool 200. Thus the bending vibration does not dissipate in the rotation shaft 460 and the support part 420 or other adjoining elements.
  • the contact surface between the interface piece 410 and the inert cutting tool 200 is of the order of a few square centimeters.
  • the interface part 410 can also be made of a material having a high acoustic impedance, such as for example stainless steel.
  • the interface part 410 can also have good thermal resistance so that it does not deform as a result of the heating generated by the friction during the propagation of the bending vibration.
  • the interface part 410 is made of a material having a melting point greater than 500 ° C.
  • the inert cutting tool 200 can thus achieve a complete or partial rotation around the axis of rotation Y.
  • the complete rotation allows for example a rotary cutting of a plurality of products 1, each product 1 being, for example, arranged around the axis of rotation Y at a distance from the axis of rotation Y less than the length of the inert cutting tool 200.
  • the figure 5 shows a side view of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101.
  • the ultrasonic cutting system 101 comprises in particular a cutting support 500, not shown in the preceding figures.
  • the cutting support 500 may include a flat surface on which the product 1 is placed, making it possible to support the product 1 during the cutting phase.
  • the cutting support 500 comprises a protective coating on the upper part.
  • the protective coating is resistant to the cutting force and to the heat generated by the bending vibration of the inert cutting tool 200.
  • the protective coating may for example be made of silicone or be a polyurethane strip of high mechanical strength.
  • the support part 420 is fixed to the cutting support 500.
  • the term “lower” will denote the movement which, following the white arrow on the figure 5 , brings the inert cutting tool 200 closer to the cutting support 500.
  • the term “up” will denote the reverse movement.
  • the cutting edge 211 is advantageously facing the cutting support 500 so as to penetrate into the product 1 when the inert cutting tool 200 is lowered.
  • the ultrasonic cutting system 101 may include a gripping means 440 is arranged near the second end 202 of the inert cutting tool 200, making it possible to put the cutting tool. inert cup 200 rotating around the Y axis.
  • the gripping means 440 may be a handle that the operator can grip.
  • the gripping means 440 is fixed to the flange 430.
  • the inert cutting tool 200 rotating around the Y axis, offers a leverage effect making it possible to increase the shear stress on the product to be cut 1.
  • the leverage effect is notably characterized by a ratio of the distances between a first distance and a second distance, the ratio of the distances being advantageously strictly greater than 1.
  • the first distance is defined between the axis of rotation Y and the gripping means 440 and the second distance is defined between the axis of rotation Y and the position of the product 1.
  • a shear stress exerted by the cutting edge 211 penetrating into the product 1 is equal to a force exerted by the operator on the gripping means 440 multiplied by the ratio of the distances.
  • the closer the product is positioned to the Y axis of rotation the greater the leverage effect.
  • the first cutting edge 211 has a low cutting angle, less than 10 ° and a sharpening wire thickness less than or equal to 0.1 mm.
  • the cutting edge 211 can also include machined elements increasing the cutting power, such as micro-teeth.
  • the ultrasonic cutting system 101 comprises a tensioning means 600 making it possible to exert a mechanical tension F on the inert cutting tool 200, according to the length of the inert cutting tool 200.
  • the mechanical tension F can be applied between the support part 420 and the flange 430.
  • the mechanical tension F makes it possible to reduce the torsion of the inert cutting tool 200 during the cutting phase.
  • the mechanical tension F can also contribute to reducing the bending amplitude of the inert cutting tool 200, in particular when the product 1 is fragile and when the bending amplitude is liable to degrade the surface condition of the sections of the product. 1.
  • the mechanical tension F can also help to reduce the mechanical deformation of the inert cutting tool 200 during cutting of a product 1, improving the cutting quality.
  • the tensioning means 600 can for example be a C-shaped frame coupled to the support piece 420 and to the flange 430.
  • the tensioning means 600 can also include a screw and a thumbwheel allowing the adjustment to be made. mechanical tension F on the inert cutting tool 200.
  • the rotating means 400 comprises a mechanical device 450 configured to apply a mechanical torque to the inert cutting tool 200.
  • the ultrasonic cutting system 102 is identical to the first exemplary embodiment described above with the exception of the elements which will be described below.
  • the mechanical device 450 can be a hydraulic or pneumatic cylinder or an electric motor.
  • the mechanical device 450 can assist the operator or apply the torque alone to the inert cutting tool 200 during the cutting phase.
  • the mechanical device 450 can also facilitate the handling of the inert cutting tool 200 by the operator, for example to raise the inert cutting tool 200, once the product 1 has been sliced.
  • one end of the mechanical device 450 can be placed near the second end 202 of the inert cutting tool 200, for example on the flange 430.
  • the other end of the mechanical device 450 can be fixed to a rigid element. (not shown in the drawings) relative to the support part 420.
  • the torque exerted by the mechanical device 450 on the flange 430 makes it possible to lower or raise the inert cutting tool 200.
  • the mechanical device 450 can, for example, be a pneumatic cylinder or an electric motor.
  • the figure 8 illustrates a third exemplary embodiment of an ultrasonic cutting system 103 according to the invention.
  • the ultrasonic cutting system 103 is identical to the exemplary embodiments described above with the exception of the elements which will be described below.
  • the inert cutting tool 200 may have a second cutting edge 212.
  • the second cutting edge 211 is opposed to the first cutting edge 212, partially connecting the first and second flanks 210A, 210B and extending from the first end 201 to the end. second end 202 of the inert cutting tool 200.
  • the second cutting edge 212 is intended to cut the product 1.
  • the addition of the second cutting edge 212 makes it possible to cut the product 1 by lowering the inert cutting tool 200 or by raising the inert cutting tool 200. Another possible use is to cut the product 1 according to a movement. reciprocating circular, by making a first section of the product 1 by lowering the inert cutting tool 200 and then making a second section of the product 1 by raising the inert cutting tool 200.
  • the addition of the second cutting edge 212 makes it possible to produce a through cut of the product 1, without the need to resort to a cutting support 500.
  • the second cutting edge 212 has a low cutting angle, less than 10 ° and a sharpening wire thickness less than or equal to 0.1 mm.
  • the cutting edge 212 can also include machined elements increasing the cutting power, such as micro-teeth.
  • a characteristic common to the embodiments presented in the figure 1 to figure 8 is the arrangement of the ultrasonic vibrating device 300.
  • the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the inert cutting tool 200 at a distance from the axis of rotation Y.
  • the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the second end 202 of the inert cutting tool 200.
  • the weight of the ultrasonic vibrator 300 is also a factor in the torque exerted on the inert cutting tool 200 and contributes to the leverage effect in a positive manner.
  • the figure 9 schematically shows a fourth embodiment of the ultrasonic cutting system 104.
  • the ultrasonic cutting system 104 is identical to the exemplary embodiments described above except for the elements which will be described below.
  • the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the inert cutting tool 200 near the axis of rotation Y.
  • the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the first end 201 of the. inert cutting tool 200.
  • the interface piece 410 is advantageously fixed to the flange 430 which serves as a connection means between the rotating means 400 and the inert cutting tool 200.
  • the gripping means 440 advantageously remains fixed. on the flange 430 so that the bending vibration within the inert cutting tool 200 is not transmitted to the operator.
  • the operator can more easily handle and reassemble the inert cutting tool 200.
  • the figure 10 schematically represents a fifth embodiment of the ultrasonic cutting system 105.
  • the ultrasonic cutting system 105 is identical to the exemplary embodiments described above with the exception of the elements which will be described below.
  • the support piece 420 is fixed to the cutting support 500 so that the axis of rotation Y is perpendicular to the cutting support 500.
  • the inert cutting tool describes a rotation in a plane parallel to the cutting support 500.
  • This embodiment of the cutting system 105 allows the product 1 to be cut in a section parallel to the cutting support 500.

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un système de découpe ultrasonore (101) comportant un outil de coupe inerte (200) et un dispositif de mise en vibration par ultrasons (300), le dispositif de mise en vibration par ultrasons (300) comportant :- un émetteur ultrasonore (310), configuré pour émettre une onde ultrasonore ; et- un ensemble résonant (320), couplé à l'émetteur ultrasonore (310) et accordé à l'onde ultrasonore, configuré pour transmettre une vibration selon une direction de propagation (X) ;l'outil de coupe inerte (200) étant couplé à l'ensemble résonant (320) de manière à vibrer selon un mode de flexion, le système de découpe ultrasonore (101) étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mise en rotation (400) configuré pour permettre un mouvement de rotation de l'outil de coupe inerte (200).One aspect of the invention relates to an ultrasonic cutting system (101) including an inert cutting tool (200) and an ultrasonic vibrating device (300), the ultrasonic vibrating device (300) comprising: - an ultrasonic transmitter (310), configured to emit an ultrasonic wave; and - a resonant assembly (320), coupled to the ultrasonic transmitter (310) and tuned to the ultrasonic wave, configured to transmit a vibration in a direction of propagation (X); the inert cutting tool (200) being coupled to the resonant assembly (320) so as to vibrate in a bending mode, the ultrasonic cutting system (101) being characterized in that it comprises a rotating means (400) configured to allow a movement of rotation of the inert cutting tool (200).

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Le domaine technique de l'invention est celui de la découpe par ultrason, et en particulier de produits agroalimentaires.The technical field of the invention is that of ultrasonic cutting, and in particular of agrifood products.

L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de découpe par ultrason de produits industriels, notamment de produits agroalimentaires, au moyen d'une lame non résonante.The invention relates more particularly to a device for ultrasonic cutting of industrial products, in particular agrifood products, by means of a non-resonant blade.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION

A l'heure où les produits alimentaires sont de plus en plus souvent présentés prétranchés afin d'en faciliter l'utilisation ou la consommation, la maîtrise des opérations de tranchage et de découpage reste une problématique délicate pour de nombreux produits : produits mous, moelleux, collants, friables, durs, hétérogènes, de petites dimensions ou encore de grandes dimensions.At a time when food products are more and more often presented pre-sliced in order to facilitate their use or consumption, the control of slicing and cutting operations remains a delicate problem for many products: soft, soft products. , sticky, crumbly, hard, heterogeneous, small or large.

Afin de pouvoir répondre à ces différentes problématiques, de nouveaux outils et procédés de découpe sont continuellement mis au point. Ainsi, il a été développé des nouvelles techniques permettant d'améliorer les découpes de certains produits comme par exemple la découpe par vibrations ultrasonores mettant en vibration une lame par résonance.In order to be able to respond to these various issues, new cutting tools and processes are continuously being developed. Thus, new techniques have been developed which make it possible to improve the cuts of certain products such as cutting by ultrasonic vibrations, for example, causing a blade to vibrate by resonance.

La découpe par ultrasons est un procédé utilisant un dispositif de mise en vibration par ultrasons mettant en mouvement à haute fréquence une lame rigide présentant au moins une arête tranchante. Ainsi, les vibrations ultrasoniques de la lame rigide, bien que d'amplitude modérée, ont de telles caractéristiques (vitesse, accélération, fréquence de vibration) que l'objet tend à ne pas adhérer à la lame et permettent d'augmenter le pouvoir de coupe de la lame. Par conséquent, ce procédé de découpe est particulièrement adapté pour la découpe de produits fragiles ne tolérant pas de grandes déformations sous l'effet d'une lame, les produits riches en matière grasse ou en sucre et donc collants, pour la découpe en parts de produits ronds, pour la découpe de produits de différentes hauteurs (typiquement variant entre 10 et 120 mm), pour la découpe de produits de grandes épaisseurs (typiquement de 60 à 200 mm), et encore pour la découpe de tranches fines (de l'ordre de 2 mm). Ainsi, la découpe par ultrasons permet de répondre à de nombreux objectifs et contraintes de découpe.Ultrasonic cutting is a process using an ultrasonic vibrating device setting in motion at high frequency a rigid blade having at least one sharp edge. Thus, the ultrasonic vibrations of the rigid blade, although of moderate amplitude, have such characteristics (speed, acceleration, frequency of vibration) that the object tends not to adhere to the blade and make it possible to increase the power of blade cut. Consequently, this cutting process is particularly suitable for cutting fragile products that do not tolerate large deformations under the effect of a blade, products rich in fat or sugar and therefore sticky, for cutting into parts of round products, for cutting products of different heights (typically varying between 10 and 120 mm), for cutting products of great thickness (typically from 60 to 200 mm), and again for cutting thin slices (from the order of 2 mm). Thus, ultrasonic cutting makes it possible to meet many cutting objectives and constraints.

Toutefois, l'utilisation d'un tel procédé de découpe par ultrasons au moyen d'une lame rigide résonante présente quelques inconvénients.However, the use of such an ultrasonic cutting process by means of a rigid resonant blade has some drawbacks.

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. De plus, cette opération d'affûtage n'est pas toujours réalisable, notamment lorsque l'endommagement de la lame est trop important.Depending on the objects to be cut, it may be useful to regularly sharpen the blade in order to maintain an optimal cutting tool. However, the sharpening operation has the consequence of impacting the vibratory characteristics of the blade and consequently of modifying the resonant frequency of the blade, which generates an imbalance of the electroacoustic assembly. In addition, this sharpening operation is not always possible, in particular when the damage to the blade is too great.

Bien qu'il soit possible de modifier intégralement la forme de la lame, par exemple par usinage, de manière à réajuster sa fréquence de résonance, cette opération est complexe, longue, coûteuse et pénalisante car elle doit intervenir dès qu'un affûtage de la lame est réalisé et peut conduire à une casse de l'émetteur, du générateur à ultrasons ou encore de la lame si ce réajustement de la fréquence de résonance de la lame n'est pas correct.Although it is possible to completely modify the shape of the blade, for example by machining, so as to readjust its resonant frequency, this operation is complex, long, costly and penalizing because it must intervene as soon as the sharpening of the blade. blade is carried out and can lead to a breakage of the transmitter, of the ultrasonic generator or of the blade if this readjustment of the resonant frequency of the blade is not correct.

De plus, il est souvent difficile de réparer une lame cassée ou fissurée par rechargement de matière.In addition, it is often difficult to repair a broken or cracked blade by reloading material.

En outre, la machine de coupe comportant un tel dispositif à ultrasons est dimensionnée pour fonctionner à une plage de fréquence donnée, ce qui impose des contraintes dimensionnelles particulières de la lame.In addition, the cutting machine comprising such an ultrasonic device is dimensioned to operate at a given frequency range, which imposes particular dimensional constraints on the blade.

Enfin, ces machines de coupe utilisant des dispositifs par ultrasons représentent un investissement important et présentent l'inconvénient d'être peu versatiles car elles sont généralement dimensionnées et utilisées pour des applications spécifiques. Par conséquent, il peut arriver que ces machines de découpe par ultrasons ne soient pas adaptées à la découpe de produits de grandes dimensions. En effet, la largeur maximale d'une lame résonante est fonction de la fréquence de résonance. Plus la fréquente augmente, plus la largeur de la lame décroit. Ainsi, à une fréquence ultrasonore de 20 kHz, la longueur maximale d'une lame résonante se situe autour de 400 mm pour une lame en alliage de titane. Par conséquent, la découpe de produits de grandes dimensions nécessite la juxtaposition de plusieurs lames jumelles ce qui complexifie l'implantation et rend inadaptée la découpe de produits de grandes dimensions car trop coûteuse à mettre en place.Finally, these cutting machines using ultrasonic devices represent a significant investment and have the drawback of being not very versatile since they are generally sized and used for specific applications. Therefore, it may happen that these ultrasonic cutting machines are not suitable for cutting large-sized products. Indeed, the maximum width of a resonant blade is a function of the resonant frequency. The more frequent increases, the more the width of the blade decreases. Thus, at an ultrasonic frequency of 20 kHz, the maximum length of a resonant blade is around 400 mm for a titanium alloy blade. Therefore, the cutting of large-sized products requires the juxtaposition of several twin blades which complicates the installation and makes the cutting of large-sized products unsuitable because it is too expensive to put in place.

Pour remédier à ces problèmes, il a notamment été proposé un dispositif de découpe par ultrasons utilisant un dispositif de mise en vibration d'un outil de coupe inerte, i.e. non résonant, au moyen d'ultrasons à l'aide d'une tête ultrasonique accordée. Ce dispositif particulier est décrit particulièrement dans la demande de brevet FR1463279 .To remedy these problems, it has in particular been proposed an ultrasonic cutting device using a device for vibrating an inert, ie non-resonant, cutting tool by means of ultrasound using an ultrasonic head. granted. This particular device is described in particular in the patent application FR1463279 .

Toutefois, il a été constaté que pour certaines applications, notamment pour la découpe de produits alimentaires larges, délicats, collants ou adhérents, cette solution, avec un outil de coupe non résonant, posait quelques difficultés et notamment une tendance à l'adhérence sur l'outil de coupe des produits, pouvant engendrer une perte de matière et une dégradation de la qualité de coupe.However, it has been observed that for certain applications, in particular for cutting wide, delicate, sticky or adherent food products, this solution, with a non-resonant cutting tool, posed some difficulties and in particular a tendency to stick to the surface. 'product cutting tool, which can cause a loss of material and a degradation of the cutting quality.

En effet, plus un outil de coupe est large, plus l'atténuation de la vibration est importante ce qui engendre une impossibilité de découpe des produits larges. À cela s'ajoutent des problématiques liées à la rigidité mécanique de l'outil de coupe, ou encore à l'ergonomie de tels dispositifs.In fact, the larger a cutting tool, the greater the vibration attenuation, which makes it impossible to cut wide products. In addition, there are problems linked to the mechanical rigidity of the cutting tool, or even to the ergonomics of such devices.

RESUME DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un système de découpe de produits industriels à partir d'un outil de coupe non résonant, pour la découpe de produits agro-alimentaires, qui est particulièrement versatile, facilement adaptable en fonction des applications et des dimensions des produits à découper, présentant des qualités de découpe améliorées par rapport aux dispositifs de découpe à ultrasons comportant des outils de coupe non résonant de l'état de la technique.In this context, the invention aims to provide a system for cutting industrial products from a non-resonant cutting tool, for cutting agri-food products, which is particularly versatile, easily adaptable depending on the applications and requirements. dimensions of the products to be cut, having improved cutting qualities compared to ultrasonic cutting devices comprising non-resonant cutting tools of the state of the art.

L'invention vise également à proposer un système de découpe de produits industriels à partir d'un outil de coupe non résonant présentant les avantages d'efficacité d'un dispositif de découpe à ultrasons utilisant un outil de coupe résonant connu de l'état de la technique, tout en présentant un avantage économique et une facilité de mise en œuvre par rapport aux dispositifs de découpe par ultrasons avec outil de coupe résonant connus de l'état de la technique.The invention also aims to provide a system for cutting industrial products from a non-resonant cutting tool having the efficiency advantages of an ultrasonic cutting device using a resonant cutting tool known from the state of. the technique, while having an economic advantage and ease of implementation compared to ultrasonic cutting devices with resonant cutting tool known from the state of the art.

Un aspect de l'invention concerne un système de découpe ultrasonore comportant un outil de coupe inerte et un dispositif de mise en vibration par ultrasons, le dispositif de mise en vibration par ultrasons comportant :

  • un émetteur ultrasonore, configuré pour émettre une onde ultrasonore ; et
  • un ensemble résonant, couplé à l'émetteur ultrasonore et accordé à l'onde ultrasonore, configuré pour transmettre une vibration selon une direction de propagation ;
l'outil de coupe inerte étant couplé à l'ensemble résonant de manière à vibrer selon un mode de flexion, le système de découpe ultrasonore étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mise en rotation configuré pour permettre un mouvement de rotation de l'outil de coupe inerte.One aspect of the invention relates to an ultrasonic cutting system comprising an inert cutting tool and an ultrasonic vibrating device, the ultrasonic vibrating device comprising:
  • an ultrasonic transmitter, configured to emit an ultrasonic wave; and
  • a resonant assembly, coupled to the ultrasonic transmitter and tuned to the ultrasonic wave, configured to transmit vibration in a direction of propagation;
the inert cutting tool being coupled to the resonant assembly so as to vibrate in a bending mode, the ultrasonic cutting system being characterized in that it comprises a rotating means configured to allow a rotational movement of the inert cutting tool.

L'émetteur ultrasonore pourra également être appelé "émetteur ultrason", terme couramment utilisé dans le domaine.The ultrasonic transmitter may also be called an "ultrasonic transmitter", a term commonly used in the field.

L'ensemble résonant est dit accordé à l'onde ultrasonore si au moins une dimension de chaque élément formant l'ensemble, en générale la longueur, est égale à un multiple de la demi-longueur d'onde de l'onde ultrasonore. On dit également dans ce cas que l'élément est résonant avec l'onde ultrasonore.The resonant assembly is said to be tuned to the ultrasonic wave if at least one dimension of each element forming the assembly, in general the length, is equal to a multiple of the half-wavelength of the ultrasonic wave. It is also said in this case that the element is resonant with the ultrasonic wave.

L'outil de coupe est dit inerte car non accordé, ou non résonant, à l'onde ultrasonore.The cutting tool is said to be inert because it is not tuned, or not resonant, to the ultrasonic wave.

L'outil de coupe inerte, couplé à l'ensemble résonant, est mis en vibration par l'ensemble résonant, dans une vibration selon un mode de flexion. Le dispositif de mise en vibration par ultrason permet de mettre l'outil de coupe inerte en vibration quelle que soit la configuration géométrique de l'outil de coupe inerte.The inert cutting tool, coupled to the resonant assembly, is vibrated by the resonant assembly, in a vibration according to a bending mode. The ultrasonic vibrating device enables the inert cutting tool to vibrate regardless of the geometric configuration of the inert cutting tool.

L'outil de coupe inerte, vibrant à une fréquence ultrasonore selon un mode de flexion, permet de diminuer l'adhérence du produit pendant la phase de découpe et aussi améliorer la qualité de coupe par effet antiadhérent.The inert cutting tool, vibrating at an ultrasonic frequency according to a bending mode, makes it possible to reduce the adhesion of the product during the cutting phase and also to improve the quality of cut by a non-stick effect.

La vibration en flexion permet également de faciliter la séparation du produit sous le fil de l'outil de coupe.The flexural vibration also helps to facilitate product separation under the cutting tool wire.

En complément, le système de découpe ultrasonore selon l'invention comporte un moyen de mise en rotation de l'outil de coupe inerte permettant de générer une contrainte supplémentaire de cisaillement sur le produit par rotation dudit outil de coupe inerte.In addition, the ultrasonic cutting system according to the invention comprises a means for setting the inert cutting tool in rotation making it possible to generating additional shear stress on the product by rotating said inert cutting tool.

Ainsi, le système de découpe selon l'invention permet d'améliorer le pouvoir de coupe d'un outil de coupe inerte en proposant une rotation de l'outil de coupe inerte, simultanément avec la vibration ultrasonore, générant un effet antiadhérent.Thus, the cutting system according to the invention makes it possible to improve the cutting power of an inert cutting tool by proposing a rotation of the inert cutting tool, simultaneously with the ultrasonic vibration, generating a non-stick effect.

Le système de découpe selon l'invention utilisant un outil de coupe inerte permet avantageusement de pouvoir modifier les dimensions de l'outil de coupe inerte de manière à les ajuster aux formats variés des produits à découper. L'outil de coupe inerte peut également être affûté sans qu'il n'y ait d'impact majeur sur les propriétés vibratoires de l'outil.The cutting system according to the invention using an inert cutting tool advantageously makes it possible to be able to modify the dimensions of the inert cutting tool so as to adjust them to the various formats of the products to be cut. The inert cutting tool can also be sharpened without having a major impact on the vibratory properties of the tool.

L'outil de coupe, non-résonant, peut être interchangé selon les besoins et les formats et la nature des produits à découper en conservant le reste du système de découpe ultrasonore. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un système de découpe ultrasonore par type d'outil de coupe inerte, ce qui peut représenter un intérêt et un avantage économique.The cutting tool, non-resonant, can be interchanged according to the needs and the formats and the nature of the products to be cut while keeping the rest of the ultrasonic cutting system. Thus, it is not necessary to provide an ultrasonic cutting system per type of inert cutting tool, which can represent an interest and an economic advantage.

Le système de découpe selon l'invention combine avantageusement une mise en vibration ultrasonore de l'outil de coupe inerte ainsi qu'une mise en rotation de l'outil de coupe inerte de manière à générer mécaniquement un effort de cisaillement supplémentaire sur les produits à découper de manière à augmenter le pouvoir de coupe de l'outil de coupe inerte.The cutting system according to the invention advantageously combines an ultrasonic vibration of the inert cutting tool as well as a rotation of the inert cutting tool so as to mechanically generate an additional shearing force on the products to be cut to increase the cutting power of the inert cutting tool.

Le pouvoir de coupe relie la capacité à découper un produit en fonction de la force exercée sur l'outil de coupe inerte. L'augmentation du pouvoir de coupe signifie qu'une force moindre suffit pour réaliser la découpe du produit.Cutting power relates the ability to cut a product as a function of the force exerted on the inert cutting tool. The increased cutting power means that less force is sufficient to cut the product.

Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans les paragraphes précédents, le système de découpe ultrasonore selon un aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.In addition to the characteristics which have just been mentioned in the preceding paragraphs, the ultrasonic cutting system according to one aspect of the invention may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or according to any technically possible combination.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'ensemble résonant comporte un premier élément résonant configuré pour vibrer selon un premier mode de traction/compression et un deuxième élément résonant configuré pour vibrer selon un deuxième mode de traction/compression, l'outil de coupe inerte étant positionné entre le premier élément résonant et le deuxième élément résonant.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the resonant assembly comprises a first resonant element configured to vibrate according to a first traction / compression mode and a second resonant element. configured to vibrate according to a second mode of traction / compression, the inert cutting tool being positioned between the first resonant element and the second resonant element.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le premier élément résonant est un amplificateur ultrasonore.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the first resonant element is an ultrasonic amplifier.

L'amplificateur ultrasonore peut également être appelé "booster" en anglais.The ultrasonic amplifier can also be called a "booster" in English.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'amplificateur ultrasonore a un rapport d'amplification supérieur ou égal à 1.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic amplifier has an amplification ratio greater than or equal to 1.

L'amplificateur ultrasonore, résonant avec l'onde ultrasonore, transmet et amplifie l'amplitude de l'onde ultrasonore et donc de la vibration selon la direction de propagation. Ainsi, l'amplitude de vibration en flexion de l'outil de coupe inerte est augmentée.The ultrasonic amplifier, resonating with the ultrasonic wave, transmits and amplifies the amplitude of the ultrasonic wave and therefore of the vibration according to the direction of propagation. Thus, the amplitude of flexural vibration of the inert cutting tool is increased.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'amplificateur ultrasonore a un rapport d'amplification inférieur à 1.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic amplifier has an amplification ratio of less than 1.

L'amplitude de vibration de l'outil de coupe inerte est ainsi réduite, permettant de réduire l'énergie ultrasonore transmise au produit à découper, notamment dans le cas où le produit est fragile.The vibration amplitude of the inert cutting tool is thus reduced, making it possible to reduce the ultrasonic energy transmitted to the product to be cut, in particular in the case where the product is fragile.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le deuxième élément résonant est une masse résonante.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the second resonant element is a resonant mass.

La masse résonante constitue un moyen de liaison de l'ensemble résonant avec l'outil de coupe inerte. La masse résonante permet également d'optimiser le recentrage de la bande passante de l'ensemble résonant autour de la fréquence de l'onde ultrasonore. Ainsi, l'efficacité de mise en vibration de l'outil de coupe inerte est améliorée.The resonant mass constitutes a means of connection of the resonant assembly with the inert cutting tool. The resonant mass also makes it possible to optimize the recentering of the passband of the resonant assembly around the frequency of the ultrasonic wave. Thus, the efficiency of vibrating the inert cutting tool is improved.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'émetteur ultrasonore est un transducteur piézoélectrique générant l'onde ultrasonore dont la fréquence est comprise entre 20 kHz et 100 kHz, préférentiellement entre 20 kHz et 40 kHz.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic transmitter is a piezoelectric transducer generating the ultrasonic wave the frequency of which is between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 20 kHz and 40 kHz.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le système de découpe ultrasonore comprend un support de découpe, le moyen de mise en rotation étant fixé au support de découpe.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic cutting system comprises a cutting support, the rotating means being fixed to the cutting support.

Le support de découpe offre une réaction à la contrainte de cisaillement appliquée par l'outil de coupe inerte lors de la phase de découpe.The cutting support provides a reaction to the shear stress applied by the inert cutting tool during the cutting phase.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le support de découpe comporte un revêtement protecteur sur une partie supérieure, résistant à la découpe et à la chaleur dégagée par la vibration en flexion de l'outil de coupe inerte.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the cutting support comprises a protective coating on an upper part, resistant to cutting and to the heat given off by the bending vibration of the inert cutting tool.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le revêtement protecteur du support de découpe est en silicone ou en polyuréthane à haute tenue mécanique.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the protective coating of the cutting support is made of silicone or polyurethane with high mechanical strength.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le moyen de mise en rotation est positionné à proximité d'une première extrémité de l'outil de coupe inerte de manière à permettre un mouvement de pivot selon un axe de rotation.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the rotating means is positioned near a first end of the inert cutting tool so as to allow a pivot movement along an axis of rotation.

Le mouvement de pivot permet de bénéficier d'un effet de levier. Plus le produit est positionné proche de l'axe de rotation et plus l'effet de levier est important. Le levier permet d'atteindre une contrainte de cisaillement augmentée qui ne serait pas atteignable à la seule force de l'opérateur si l'outil de coupe inerte décrivait une translation verticale. Ainsi l'opérateur pourra découper des produits durs, c'est à dire des produits dont le module de cisaillement est élevé.The pivot movement provides leverage. The closer the product is positioned to the axis of rotation, the greater the leverage effect. The lever achieves an increased shear stress which would not be attainable by the force of the operator alone if the inert cutting tool were to describe a vertical translation. Thus the operator will be able to cut hard products, ie products with a high shear modulus.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le dispositif ultrasonore est localisé sur l'outil de coupe inerte à proximité de l'axe de rotation.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic device is located on the inert cutting tool near the axis of rotation.

Grâce à la faible distance entre le dispositif de mise en vibration et l'axe de rotation et l'effet de levier, le poids apparent de l'outil de coupe inerte est diminué, facilitant la manipulation de l'outil de coupe inerte par l'opérateur.Thanks to the small distance between the vibrating device and the axis of rotation and the leverage effect, the apparent weight of the inert cutting tool is reduced, facilitating the handling of the inert cutting tool by the 'operator.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le dispositif ultrasonore est localisé sur l'outil de coupe inerte à distance de l'axe de rotation.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic device is located on the inert cutting tool at a distance from the axis of rotation.

Le poids du dispositif de mise en vibration intervient dans l'effet de levier et permet d'obtenir une contrainte de cisaillement plus élevée pour l'outil de coupe inerte.The weight of the vibrator is involved in the leverage effect and results in a higher shear stress for the inert cutting tool.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'axe de rotation est sensiblement parallèle à la direction de propagation de l'onde ultrasonore.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the axis of rotation is substantially parallel to the direction of propagation of the ultrasonic wave.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le moyen de mise en rotation comprend une pièce de support configurée pour réaliser une liaison pivot avec un arbre de rotation, le moyen de mise en rotation comprenant une pièce d'interface couplée à l'arbre de rotation et fixée sur l'outil de coupe inerte, la pièce d'interface étant configurée pour réfléchir la vibration en flexion de l'outil de coupe inerte.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the rotating means comprises a support part configured to provide a pivot connection with a rotating shaft, the rotating means comprising an interface part coupled to the rotating shaft. rotating shaft and attached to the inert cutting tool, the interface piece being configured to reflect the bending vibration of the inert cutting tool.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, la pièce d'interface est en acier inoxydable.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the interface part is made of stainless steel.

La pièce inerte, réfléchissant la vibration de l'outil de coupe inerte, réduit la dissipation d'énergie ultrasonore dans le moyen de mise en rotation, la plus grande partie de l'énergie ultrasonore étant ainsi employée pour à la mise en vibration de l'outil de découpe inerte.The inert part, reflecting the vibration of the inert cutting tool, reduces the dissipation of ultrasonic energy in the rotating means, the greater part of the ultrasonic energy being thus used for the vibration of the machine. inert cutting tool.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le moyen de mise en rotation comporte un moyen de préhension, positionné à proximité d'une deuxième extrémité de l'outil de coupe inerte.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the rotating means comprises a gripping means, positioned near a second end of the inert cutting tool.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le moyen de mise en rotation comporte un dispositif mécanique, tel qu'un vérin ou un moteur, configuré pour appliquer un couple mécanique à l'outil de coupe inerte.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the rotating means comprises a mechanical device, such as a jack or a motor, configured to apply a mechanical torque to the inert cutting tool.

Le couple appliqué par le dispositif mécanique permet d'assister l'opérateur dans la manipulation de l'outil de coupe inerte et ainsi d'atteindre des contraintes de cisaillement plus élevées. Le dispositif mécanique peut également permettre de diminuer le poids de l'outil de coupe inerte afin de soulager l'opérateur relevant l'outil de coupe inerte à la fin d'une phase de découpe ou pour positionner le produit.The torque applied by the mechanical device makes it possible to assist the operator in handling the inert cutting tool and thus to achieve higher shear stresses. The mechanical device can also make it possible to reduce the weight of the inert cutting tool in order to relieve the operator raising the inert cutting tool at the end of a cutting phase or to position the product.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'ensemble résonant et le moyen de mise en rotation sont amovibles.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the resonant assembly and the rotating means are removable.

L'outil de coupe inerte est ainsi démontable pour procédé à son affûtage ou son remplacement. L'outil de coupe inerte peut également être interchangé, afin de s'adapter au type de produit à découper.The inert cutting tool is thus removable for sharpening or replacement. The inert cutting tool can also be interchanged, in order to adapt to the type of product to be cut.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'outil de coupe inerte comporte une lame métallique dont une épaisseur est inférieure ou égale à 10 mm.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the inert cutting tool comprises a metal blade the thickness of which is less than or equal to 10 mm.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, la lame est en alliage de titane.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the blade is made of a titanium alloy.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'outil de coupe inerte comporte une première arête tranchante.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the inert cutting tool comprises a first cutting edge.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, la première arête tranchante a un premier angle de coupe, inférieur ou égale à 10° et une première épaisseur de fil d'affûtage inférieure ou égale à 0,1 mm.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the first cutting edge has a first cutting angle, less than or equal to 10 ° and a first thickness of sharpening wire less than or equal to 0.1 mm.

La première arête tranchante exerce la contrainte de cisaillement sur le produit de manière à réaliser la découpe du produit.The first cutting edge exerts the shear stress on the product so as to cut the product.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, l'outil de coupe inerte comporte une deuxième arête tranchante, opposée à la première arête tranchante.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the inert cutting tool comprises a second cutting edge, opposite the first cutting edge.

La première et la deuxième arêtes tranchantes, opposées, permettent de réaliser une découpe du produit selon un mouvement circulaire de va-et-vient, en coupant le produit par-dessus et/ou par-dessous.The first and second cutting edges, opposite, make it possible to cut the product in a back-and-forth circular motion, cutting the product above and / or below.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, la deuxième arête tranchante a un deuxième angle de coupe, inférieur ou égale à 10° et une deuxième épaisseur de fil d'affûtage inférieure ou égale à 0,1 mm.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the second cutting edge has a second cutting angle, less than or equal to 10 ° and a second thickness of sharpening wire less than or equal to 0.1 mm.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore, le système de découpe ultrasonore comporte un moyen de mise en tension de l'outil de coupe inerte.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system, the ultrasonic cutting system comprises a means for tensioning the inert cutting tool.

L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.The invention and its various applications will be better understood on reading the following description and on examining the accompanying figures.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.

  • [Fig. 1] montre une représentation schématique, vue de dessus, d'un système de découpe ultrasonore selon un premier mode de réalisation.
  • [Fig. 2] montre une représentation schématique partielle, vue de dessus, du système de découpe ultrasonore selon le premier mode de réalisation.
  • [Fig. 3] montre une représentation schématique partielle, en coupe, du système de découpe ultrasonore selon le premier mode de réalisation selon un plan I-I.
  • [Fig. 4] montre une représentation schématique partielle, vue de dessus, du système de découpe ultrasonore selon le premier mode de réalisation.
  • [Fig. 5] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon le premier mode de réalisation.
  • [Fig. 6] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon le premier mode de réalisation.
  • [Fig. 7] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon un deuxième mode de réalisation.
  • [Fig. 8] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon un troisième mode de réalisation.
  • [Fig. 9] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon un quatrième mode de réalisation.
  • [Fig. 10] montre une représentation schématique, vue de côté, du système de découpe ultrasonore selon un cinquième mode de réalisation.
The figures are presented as an indication and in no way limit the invention.
  • [ Fig. 1 ] shows a schematic representation, top view, of an ultrasonic cutting system according to a first embodiment.
  • [ Fig. 2 ] shows a partial schematic representation, top view, of the ultrasonic cutting system according to the first embodiment.
  • [ Fig. 3 ] shows a partial schematic representation, in section, of the ultrasonic cutting system according to the first embodiment according to a plane II.
  • [ Fig. 4 ] shows a partial schematic representation, top view, of the ultrasonic cutting system according to the first embodiment.
  • [ Fig. 5 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to the first embodiment.
  • [ Fig. 6 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to the first embodiment.
  • [ Fig. 7 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to a second embodiment.
  • [ Fig. 8 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to a third embodiment.
  • [ Fig. 9 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to a fourth embodiment.
  • [ Fig. 10 ] shows a schematic representation, side view, of the ultrasonic cutting system according to a fifth embodiment.

DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.The figures are presented as an indication and in no way limit the invention. Unless otherwise specified, the same element appearing in different figures has a single reference.

La figure 1 présente une vue de dessus d'un système de découpe ultrasonore 101 selon un premier mode de réalisation selon l'invention, destiné à réaliser une découpe d'un produit 1.The figure 1 shows a top view of an ultrasonic cutting system 101 according to a first embodiment according to the invention, intended to cut a product 1.

Pour cela, le système de découpe ultrasonore 101 comporte un outil de coupe inerte 200 et un dispositif de mise en vibration par ultrasons 300.For this, the ultrasonic cutting system 101 comprises an inert cutting tool 200 and an ultrasonic vibrating device 300.

Le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 comporte :

  • un émetteur ultrasonore 310, configuré pour émettre une onde ultrasonore ; et
  • un ensemble résonant 320, couplé à l'émetteur ultrasonore 310 et accordé à l'onde ultrasonore, configuré pour transmettre une vibration selon une direction de propagation X et mettre en vibration l'outil de coupe inerte 200.
The ultrasonic vibration device 300 comprises:
  • an ultrasonic transmitter 310, configured to emit an ultrasonic wave; and
  • a resonant assembly 320, coupled to the ultrasonic transmitter 310 and tuned to the ultrasonic wave, configured to transmit a vibration in a direction of propagation X and to vibrate the inert cutting tool 200.

L'outil de coupe inerte 200 est couplé à l'ensemble résonant 320 de manière à vibrer selon un mode de flexion.The inert cutting tool 200 is coupled to the resonant assembly 320 so as to vibrate in a bending mode.

Le système de découpe par ultrason 101 comporte en outre un moyen de mise en rotation 400 configuré pour permettre un mouvement de rotation de l'outil de coupe inerte 200 selon un axe de rotation Y, sensiblement parallèle à la direction de propagation X.The ultrasonic cutting system 101 further comprises a rotating means 400 configured to allow a rotational movement of the inert cutting tool 200 along an axis of rotation Y, substantially parallel to the direction of propagation X.

Par sensiblement, nous entendrons un angle entre l'axe de rotation Y et la direction de propagation X compris entre -10° et 10°.By substantially, we will mean an angle between the axis of rotation Y and the direction of propagation X between -10 ° and 10 °.

L'outil de coupe inerte 200 à faire vibrer est par exemple une lame métallique de fine épaisseur, c'est-à-dire présentant une épaisseur inférieure ou égale à 10 mm, et avantageusement comprise entre 0,5 mm et 10 mm.The inert cutting tool 200 to be vibrated is for example a thin metal blade, that is to say having a thickness less than or equal to 10 mm, and advantageously between 0.5 mm and 10 mm.

L'outil de coupe inerte 200 présente une longueur et une hauteur adaptées au produit à découper, préférentiellement une forme parallélépipédique aplatie.The inert cutting tool 200 has a length and a height adapted to the product to be cut, preferably a flattened parallelepipedal shape.

Le profil de l'outil de coupe n'influence pas la vibration en flexion, ainsi l'outil de coupe peut présenter un profil monoface ou biface.The profile of the cutting tool does not influence the bending vibration, so the cutting tool can have a single-sided or bifacial profile.

À titre d'exemple, l'outil de coupe inerte 200 présente une longueur comprise entre 200 mm et 1000 mm.By way of example, the inert cutting tool 200 has a length of between 200 mm and 1000 mm.

À titre d'exemple, l'outil de coupe inerte 200 présente une hauteur comprise entre 20 mm et 100 mm.By way of example, the inert cutting tool 200 has a height of between 20 mm and 100 mm.

L'outil de coupe inerte 200 est avantageusement réalisé dans un matériau présentant des propriétés acoustiques pertinentes dans la mise en œuvre de la découpe ultrasonore, telle qu'un module d'élasticité élevé, par exemple en alliage de titane. Le matériau peut également présenter des propriétés physico-chimiques permettant un usage compatible en agroalimentaire, telle qu'une résistance à la corrosion et un faible taux de transfert.The inert cutting tool 200 is advantageously made of a material having relevant acoustic properties in the implementation of ultrasonic cutting, such as a high modulus of elasticity, for example of titanium alloy. The material can also have physicochemical properties allowing compatible use in the food industry, such as corrosion resistance and a low transfer rate.

L'outil de coupe inerte 200 comporte une première extrémité 201 longitudinale et une deuxième extrémité 202 longitudinale.The inert cutting tool 200 has a first longitudinal end 201 and a second longitudinal end 202.

L'outil de coupe inerte 200 comporte également un premier flanc 210A et un deuxième flanc 210B correspondant préférentiellement aux deux plus grandes faces de l'outil de coupe inerte 200. Le premier et le deuxième flanc 210A, 210B sont partiellement reliés entre eux par une première arête tranchante 211, s'étirant de la première extrémité 201 à la deuxième extrémité 202, destinée à réaliser la découpe dans le produit 1.The inert cutting tool 200 also comprises a first flank 210A and a second flank 210B preferably corresponding to the two largest faces of the inert cutting tool 200. The first and the second flank 210A, 210B are partially connected to each other by a first cutting edge 211, stretching from the first end 201 to the second end 202, intended to make the cut in the product 1.

La figure 2 représente un agrandissement du premier mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 101 selon l'invention, particulièrement centré sur le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300. Certains éléments ne sont pas représentés de manière à améliorer la clarté de la figure 2.The figure 2 shows an enlargement of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101 according to the invention, particularly centered on the device for vibrating by ultrasound 300. Certain elements are not shown so as to improve the clarity of the image. figure 2 .

L'onde ultrasonore émise par l'émetteur ultrasonore 310, que nous appellerons également "onde de compression", est de longitudinale, à fréquence fixe, et se propage selon la direction de propagation X.The ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter 310, which we will also call "compression wave", is longitudinal, at a fixed frequency, and propagates in the direction of propagation X.

L'émetteur ultrasonore 310 est alimenté électriquement par un générateur ultrasonore, non représenté sur les dessins, configuré pour mettre en vibration acoustique l'émetteur ultrasonore à une fréquence du domaine ultrasonore.Ultrasonic transmitter 310 is electrically powered by an ultrasonic generator, not shown in the drawings, configured to acoustically vibrate the ultrasonic transmitter at a frequency in the ultrasonic range.

Par exemple, l'émetteur ultrasonore 310 est configuré pour vibrer à une fréquence comprise entre 20 kHz et 100 kHz, préférentiellement entre 20 kHz et 40 kHz.For example, the ultrasonic transmitter 310 is configured to vibrate at a frequency between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 20 kHz and 40 kHz.

L'ensemble résonant 320 est couplé à l'émetteur ultrasonore 310 et est configuré pour vibrer en résonance avec l'émetteur à la fréquence de l'onde de compression et pour transmettre cette onde de compression selon la direction de propagation X.The resonant assembly 320 is coupled to the ultrasonic transmitter 310 and is configured to vibrate in resonance with the transmitter at the wave frequency of compression and to transmit this compression wave in the direction of propagation X.

L'ensemble résonant 320 est dit résonant, ou accordé, à l'onde de compression. Par conséquent, l'ensemble résonant 320 présente des dimensions, avantageusement la dimension selon la direction de propagation X, qui sont multiples de la demi-longueur d'onde de l'onde de compression. Ainsi, un mode de vibration, en traction/compression selon la direction de propagation X, s'établit au sein de l'élément résonant 320.The resonant assembly 320 is said to be resonant, or tuned, to the compression wave. Consequently, the resonant assembly 320 has dimensions, advantageously the dimension along the direction of propagation X, which are multiples of the half wavelength of the compression wave. Thus, a mode of vibration, in traction / compression in the direction of propagation X, is established within the resonant element 320.

Selon le premier de mode réalisation du système de découpe ultrasonore 101, l'élément résonant 320 comporte un premier élément résonant et un deuxième élément résonant.According to the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101, the resonant element 320 comprises a first resonant element and a second resonant element.

Avantageusement le premier élément résonant est un amplificateur ultrasonore 330, également appelé booster ultrasonore ou booster ultrason, configuré pour amplifier l'amplitude de déplacement de l'onde de compression. Un rapport d'amplification de l'amplificateur ultrasonore 330 peut avantageusement être supérieur à 1 et préférentiellement de l'ordre de 1,5. Le rapport d'amplification de l'amplificateur ultrasonore 330 peut également être inférieur à 1.Advantageously, the first resonant element is an ultrasonic amplifier 330, also called an ultrasonic booster or an ultrasonic booster, configured to amplify the displacement amplitude of the compression wave. An amplification ratio of the ultrasonic amplifier 330 can advantageously be greater than 1 and preferably of the order of 1.5. The amplification ratio of the ultrasonic amplifier 330 can also be less than 1.

L'amplificateur ultrasonore 330 est par exemple une pièce à symétrie axiale, réalisée en acier inoxydable ou en alliage de titane. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1 et à la figure 2, l'amplificateur ultrasonore 330 présente une longueur LB.The ultrasonic amplifier 330 is for example an axially symmetrical part, made of stainless steel or of a titanium alloy. In the exemplary embodiment illustrated in figure 1 and at the figure 2 , the ultrasonic amplifier 330 has a length L B.

La longueur LB de l'amplificateur ultrasonore 330 selon la direction de propagation X est préférentiellement égale à la demi-longueur de l'onde de compression et permet d'accorder l'amplificateur ultrasonore 330 à l'onde de compression. L'émetteur ultrasonore 310 et l'amplificateur ultrasonore 330 sont couplés de manière à transmettre l'onde de compression issue de l'émetteur ultrasonore 310 à l'amplificateur ultrasonore 330.The length L B of the ultrasonic amplifier 330 along the direction of propagation X is preferably equal to the half-length of the compression wave and makes it possible to tune the ultrasonic amplifier 330 to the compression wave. Ultrasonic transmitter 310 and ultrasonic amplifier 330 are coupled to transmit the compression wave from ultrasonic transmitter 310 to ultrasonic amplifier 330.

Avantageusement le deuxième élément résonant est une masse résonante 340. La masse résonante 340 présente par exemple une symétrie axiale. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1 et la figure 2, la masse résonante 340 présente une longueur LM. La masse résonante 340 peut par exemple être réalisée en alliage de titane.Advantageously, the second resonant element is a resonant mass 340. The resonant mass 340 has, for example, axial symmetry. In the exemplary embodiment illustrated in figure 1 and the figure 2 , the resonant mass 340 has a length L M. The resonant mass 340 can for example be made of a titanium alloy.

La longueur LM de la masse résonante 340 est préférentiellement égale à la demi-longueur de l'onde de compression et permet d'accorder la masse résonante 340 à l'onde de compression.The length L M of the resonant mass 340 is preferably equal to the half-length of the compression wave and makes it possible to tune the resonant mass 340 to the compression wave.

À une fréquence de 20 kHz, la longueur de l'onde de compression se propageant dans un alliage de titane est d'environ 25 cm. Dans ce cas, la longueur LB de l'amplificateur ultrasonore 330 et la longueur LM de la masse résonante 340 accordées à l'onde de compression à 20 kHz sont multiples de 12,5 cm.At a frequency of 20 kHz, the length of the compression wave propagating in a titanium alloy is about 25 cm. In this case, the length L B of the ultrasonic amplifier 330 and the length L M of the resonant mass 340 granted to the compression wave at 20 kHz are multiples of 12.5 cm.

L'ensemble résonant 320 enserre de part et d'autre l'outil de coupe inerte 200. L'ensemble résonant 320 réalise un contact rigide de l'amplificateur ultrasonore 330 et de la masse résonante 340 sur une portion de l'outil de coupe inerte 200. L'amplificateur ultrasonore 330 est en contact rigide sur le premier flanc 210A. La masse résonante 340 est en contact rigide sur le deuxième flanc 210B. La masse résonante 340 est préférentiellement alignée avec l'amplificateur ultrasonore 330 selon la direction de propagation X. Ainsi l'onde de compression établie au sein de l'ensemble résonant 320 traverse la portion de l'outil de coupe inerte 200 dans le sens de l'épaisseur.The resonant assembly 320 encloses the inert cutting tool 200 on either side. The resonant assembly 320 makes rigid contact of the ultrasonic amplifier 330 and of the resonant mass 340 on a portion of the cutting tool. inert 200. The ultrasonic amplifier 330 is in rigid contact on the first flank 210A. The resonant mass 340 is in rigid contact on the second flank 210B. The resonant mass 340 is preferably aligned with the ultrasonic amplifier 330 along the direction of propagation X. Thus the compression wave established within the resonant assembly 320 passes through the portion of the inert cutting tool 200 in the direction of the thickness.

Afin d'obtenir une bonne qualité de contact entre l'amplificateur ultrasonore 330 et l'outil de coupe inerte 200,In order to obtain a good quality of contact between the ultrasonic amplifier 330 and the inert cutting tool 200,

La surface de contact entre l'amplificateur 330 et le premier flanc 210A, également appelée portée, présente une très bonne planéité de sorte que l'onde de compression puisse être transmise efficacement, sans perte. La portée entre l'amplificateur 330 et le premier flanc 210A peut être réduite à quelques dizaines de millimètres carrés afin de faciliter la transmission de l'onde de compression. De même, la portée entre la masse résonante 340 et le deuxième flanc 210B peut également être réduite à quelques dizaines de millimètres carrés afin de faciliter la transmission.The contact surface between the amplifier 330 and the first flank 210A, also called the span, has a very good flatness so that the compression wave can be transmitted efficiently, without loss. The range between the amplifier 330 and the first flank 210A can be reduced to a few tens of square millimeters in order to facilitate the transmission of the compression wave. Likewise, the range between the resonant mass 340 and the second flank 210B can also be reduced to a few tens of square millimeters in order to facilitate transmission.

La figure 2 présente un exemple de déplacement d à un instant donné au sein de l'amplificateur ultrasonore 330 et de la masse résonante 340 selon la direction de propagation X. Le déplacement d décrit une courbe prenant l'allure d'une sinusoïde dont une période est égale à la longueur LB de l'amplificateur ultrasonore 330 plus la longueur LM de la masse résonante 340. Les valeurs positives du déplacement d signifient un déplacement dans le sens de la direction de propagation X et les valeurs négatives du déplacement d signifient un déplacement dans le sens contraire de la direction de propagation X. Ainsi, dans l'exemple donné, l'amplificateur ultrasonore 330 est contracté tandis que la masse résonante 340 est dilatée. La propagation de l'onde de compression dans l'élément résonant 320 impose une continuité entre l'amplificateur ultrasonore 330 et la masse résonante 340, vibrant en opposition de phase.The figure 2 presents an example of displacement d at a given instant within the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 along the direction of propagation X. The displacement d describes a curve taking the shape of a sinusoid whose period is equal to the length L B of the ultrasonic amplifier 330 plus the length L M of the resonant mass 340. The positive values of the displacement d signify a displacement in the direction of the direction of propagation X and the negative values of the displacement d signify a displacement in the opposite direction of the direction of propagation X. Thus, in the example given, the ultrasonic amplifier 330 is contracted while the resonant mass 340 is expanded. The propagation of the compression wave in the resonant element 320 imposes continuity between the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340, vibrating in phase opposition.

La portion de l'outil de coupe inerte 200 enserrée au centre de l'ensemble résonant 320, est entrainée par l'onde de compression et se déplace selon les tractions et les compressions répétées de l'amplificateur ultrasonore 330 et de la masse résonante 340. Selon l'exemple illustré dans la figure 2, la portion de l'outil de coupe inerte 200 subit un déplacement d dans le sens contraire de la direction de propagation X. Ainsi, en fonction du temps, la portion de l'outil de coupe inerte 200 subit une vibration selon la direction de propagation X, entrainée par l'onde de compression.The portion of the inert cutting tool 200 clamped in the center of the resonant assembly 320, is driven by the compression wave and moves according to the repeated pulls and compressions of the ultrasonic amplifier 330 and of the resonant mass 340 . According to the example illustrated in figure 2 , the portion of the inert cutting tool 200 undergoes a displacement d in the opposite direction of the direction of propagation X. Thus, as a function of time, the portion of the inert cutting tool 200 undergoes a vibration in the direction of X propagation, driven by the compression wave.

La vibration de la portion de l'outil de coupe inerte 200, entraîne une vibration de l'outil de coupe inerte 200 selon un déplacement perpendiculaire aux premier et deuxième flancs 210A, 210B. La vibration, que nous appellerons vibration en mode de flexion, se propage dans le reste de l'outil de coupe inerte 200, selon la longueur de l'outil de coupe inerte 200.The vibration of the portion of the inert cutting tool 200 causes a vibration of the inert cutting tool 200 according to a displacement perpendicular to the first and second flanks 210A, 210B. The vibration, which we will call bending mode vibration, propagates through the rest of the inert cutting tool 200, depending on the length of the inert cutting tool 200.

L'outil de coupe inerte 200 n'a pas besoin d'être accordé (ou résonant) pour que le mode de vibration en flexion se propage. Ainsi, la longueur, l'épaisseur et la hauteur de l'outil de coupe inerte 200 peut être ajustées aux dimensions du produit 1 à découper.The inert cutting tool 200 does not need to be tuned (or resonant) for the bending vibration mode to propagate. Thus, the length, thickness and height of the inert cutting tool 200 can be adjusted to the dimensions of the product 1 to be cut.

La figure 3 présente schématiquement une vue en coupe selon un plan I-I du premier mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 101, le plan I-I étant matérialisé sur la figure 5. La figure 3 présente un agrandissement du premier mode de réalisation visible dans la figure 2, particulièrement centré sur le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300. Toutefois certains éléments ne sont pas représentés de manière à améliorer la clarté de la figure 3.The figure 3 schematically shows a sectional view along a plane II of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101, the plane II being materialized on the figure 5 . The figure 3 shows an enlargement of the first embodiment visible in the figure 2 , particularly centered on the device for vibrating by ultrasound 300. However, certain elements are not shown so as to improve the clarity of the image. figure 3 .

L'amplificateur ultrasonore 330 et la masse résonante 340 sont maintenus en contact contre les premier et deuxième flancs 210A, 210B de l'outil de coupe inerte 200 au moyen d'une première fixation amovible 350. La première fixation amovible 350 permet la désolidarisation de l'ensemble résonant 320 et le démontage de l'outil de coupe inerte 200. Ainsi il est aisé de changer ou retirer l'outil de coupe inerte 200.The ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 are held in contact against the first and second flanks 210A, 210B of the inert cutting tool 200 by means of a first removable attachment 350. The first attachment removable 350 allows the separation of the resonant assembly 320 and the disassembly of the inert cutting tool 200. Thus it is easy to change or remove the inert cutting tool 200.

La première fixation amovible 350 est par exemple un goujon, traversant l'épaisseur de l'outil de coupe inerte 200, fixé dans deux logements pratiqués chacun dans l'amplificateur ultrasonore 330 et la masse résonante 340. L'outil de coupe inerte 200 peut comporter une ouverture 220 par laquelle la première fixation amovible 350 peut traverser. La première fixation amovible 350 peut également être solidaire de l'outil de coupe inerte 200 sans que le démontage de l'ensemble résonant 320 ne soit pour autant rendu impossible, l'amplificateur ultrasonore 330 et la masse résonante 340 venant se fixer sur la première fixation amovible 350.The first removable fixing 350 is for example a stud, passing through the thickness of the inert cutting tool 200, fixed in two housings each made in the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340. The inert cutting tool 200 can have an opening 220 through which the first removable attachment 350 can pass through. The first removable attachment 350 can also be integral with the inert cutting tool 200 without the disassembly of the resonant assembly 320 being made impossible, the ultrasonic amplifier 330 and the resonant mass 340 being attached to the first. removable fixing 350.

La manipulation de l'outil de coupe inerte 200, décrite plus précisément plus bas, peut être réalisée grâce à une bride 430. La bride 430 peut par exemple être fixée sur l'ensemble résonant 320. La bride 430 est avantageusement disposée au niveau d'un nœud de vibration de façon à réduire la propagation de l'onde de compression dans la bride 430. La bride 430 peut par exemple comporter une bague 490 en appui sur un palier 480 réalisé dans la bride 430, minimisant la surface de contact entre la bride 430 et l'ensemble résonant 320. La bride 430 peut avantageusement comporter deux parties maintenues par deux vis de façon à la rendre démontable.The handling of the inert cutting tool 200, described more precisely below, can be carried out by means of a flange 430. The flange 430 can for example be fixed to the resonant assembly 320. The flange 430 is advantageously arranged at level d 'a vibration node so as to reduce the propagation of the compression wave in the flange 430. The flange 430 may for example include a ring 490 bearing on a bearing 480 made in the flange 430, minimizing the contact surface between the flange 430 and the resonant assembly 320. The flange 430 can advantageously comprise two parts held by two screws so as to make it removable.

La figure 4 présente schématiquement, en vue de dessus, du premier mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 101 présenté également dans la figure 1. La figure 4 présente notamment un agrandissement du système de découpe ultrasonore 101 centré sur l'axe de rotation Y.The figure 4 schematically shows, in top view, the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101 also presented in the figure 1 . The figure 4 presents in particular an enlargement of the ultrasonic cutting system 101 centered on the axis of rotation Y.

Le moyen de mise en rotation 400 comporte une pièce de support 420 et un arbre de rotation 460. La pièce de support 420 et l'arbre de rotation 460 sont configurés pour réaliser une liaison pivot par lequel passe l'axe de rotation Y. L'outil de coupe inerte 200 est couplé à l'arbre de rotation 460, permettant ainsi de décrire une rotation autour de la pièce de support 420.The rotating means 400 comprises a support part 420 and a rotation shaft 460. The support part 420 and the rotation shaft 460 are configured to provide a pivot connection through which the axis of rotation Y passes. The inert cutting tool 200 is coupled to the rotation shaft 460, thus allowing a rotation around the support part 420 to be described.

Le moyen de mise en rotation 400 comporte une pièce d'interface 410. L'outil de coupe inerte 200 est couplé à l'arbre de rotation 460 au moyen de la pièce d'interface 410. La pièce d'interface 410 fournit une liaison mécanique avec l'outil de coupe inerte 200 et permet également le démontage de l'outil de coupe inerte 200.The rotating means 400 includes an interface part 410. The inert cutting tool 200 is coupled to the rotating shaft 460 by means of the part. interface 410. The interface piece 410 provides a mechanical connection with the inert cutting tool 200 and also allows the disassembly of the inert cutting tool 200.

Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 1 , la pièce d'interface 410 est disposée à proximité de la première extrémité 201 de l'outil de coupe inerte 200. L'impédance acoustique et les dimensions de la pièce d'interface 410 sont choisies de manière à favoriser la réflexion de la vibration en flexion au sein de l'outil de coupe inerte 200. Ainsi la vibration en flexion ne se dissipe pas dans l'arbre de rotation 460 et la pièce de support 420 ou d'autres éléments attenants. Par exemple, la surface de contact entre la pièce d'interface 410 et l'outil de coupe inerte 200 est de l'ordre de quelques centimètres carrés. La pièce d'interface 410 peut également être réalisée dans un matériau présentant une haute impédance acoustique, comme par exemple de l'acier inoxydable. La pièce d'interface 410 peut également présenter une bonne tenue thermique afin qu'elle ne se déforme pas suite à l'échauffement généré par la friction lors de la propagation de la vibration en flexion. Avantageusement la pièce d'interface 410 est réalisée dans un matériau présentant un point de fusion supérieur à 500 °C.According to the embodiment illustrated in figure 1 , the interface piece 410 is disposed near the first end 201 of the inert cutting tool 200. The acoustic impedance and the dimensions of the interface piece 410 are chosen so as to promote the reflection of the vibration. in bending within the inert cutting tool 200. Thus the bending vibration does not dissipate in the rotation shaft 460 and the support part 420 or other adjoining elements. For example, the contact surface between the interface piece 410 and the inert cutting tool 200 is of the order of a few square centimeters. The interface part 410 can also be made of a material having a high acoustic impedance, such as for example stainless steel. The interface part 410 can also have good thermal resistance so that it does not deform as a result of the heating generated by the friction during the propagation of the bending vibration. Advantageously, the interface part 410 is made of a material having a melting point greater than 500 ° C.

L'outil de coupe inerte 200 peut ainsi réaliser une rotation complète ou partielle autour de l'axe de rotation Y. La rotation complète permet par exemple une découpe rotative d'une pluralité de produits 1, chaque produit 1 étant, par exemple, disposé autour de l'axe de rotation Y à une distance de l'axe de rotation Y inférieure à la longueur de l'outil de coupe inerte 200.The inert cutting tool 200 can thus achieve a complete or partial rotation around the axis of rotation Y. The complete rotation allows for example a rotary cutting of a plurality of products 1, each product 1 being, for example, arranged around the axis of rotation Y at a distance from the axis of rotation Y less than the length of the inert cutting tool 200.

La figure 5 présente une vue de côté du premier mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 101.The figure 5 shows a side view of the first embodiment of the ultrasonic cutting system 101.

Dans ce mode de réalisation, le système de découpe ultrasonore 101 comporte notamment un support de découpe 500, non présenté sur les figures précédentes. Le support de découpe 500 peut comporter une surface plane sur laquelle est posé le produit 1, permettant de supporter le produit 1 pendant la phase de découpe. Avantageusement le support de découpe 500 comporte un revêtement protecteur sur la partie supérieure. Le revêtement protecteur est résistant à l'effort de coupe et à la chaleur générée par la vibration en flexion de l'outil de coupe inerte 200. Le revêtement protecteur peut par exemple être en silicone ou être une bande en polyuréthane de haute tenue mécanique.In this embodiment, the ultrasonic cutting system 101 comprises in particular a cutting support 500, not shown in the preceding figures. The cutting support 500 may include a flat surface on which the product 1 is placed, making it possible to support the product 1 during the cutting phase. Advantageously, the cutting support 500 comprises a protective coating on the upper part. The protective coating is resistant to the cutting force and to the heat generated by the bending vibration of the inert cutting tool 200. The protective coating may for example be made of silicone or be a polyurethane strip of high mechanical strength.

Avantageusement la pièce de support 420 est fixée au support de découpe 500. On désignera par "abaisser", le mouvement qui, suivant la flèche blanche sur la figure 5, rapproche l'outil de coupe inerte 200 du support de découpe 500. On désignera par "remonter", le mouvement inverse. L'arête tranchante 211 est avantageusement en vis-à-vis du support de découpe 500 de manière à pénétrer dans le produit 1 lorsque l'outil de coupe inerte 200 est abaissé.Advantageously, the support part 420 is fixed to the cutting support 500. The term "lower" will denote the movement which, following the white arrow on the figure 5 , brings the inert cutting tool 200 closer to the cutting support 500. The term “up” will denote the reverse movement. The cutting edge 211 is advantageously facing the cutting support 500 so as to penetrate into the product 1 when the inert cutting tool 200 is lowered.

Selon un mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 101, le système de découpe ultrasonore 101 peut comporter un moyen de préhension 440 est disposé à proximité de la deuxième extrémité 202 de l'outil de coupe inerte 200, permettant de mettre l'outil de coupe inerte 200 en rotation autour de l'axe Y. Le moyen de préhension 440 peut être une poignée que l'opérateur peut saisir. Avantageusement, le moyen de préhension 440 est fixé sur la bride 430.According to one embodiment of the ultrasonic cutting system 101, the ultrasonic cutting system 101 may include a gripping means 440 is arranged near the second end 202 of the inert cutting tool 200, making it possible to put the cutting tool. inert cup 200 rotating around the Y axis. The gripping means 440 may be a handle that the operator can grip. Advantageously, the gripping means 440 is fixed to the flange 430.

L'outil de coupe inerte 200, en rotation autour de l'axe Y, offre un effet de levier permettant d'augmenter la contrainte de cisaillement sur le produit à découper 1. L'effet de levier est notamment caractérisé par un rapport des distances entre une première distance et une deuxième distance, le rapport des distances étant avantageusement strictement supérieur à 1. La première distance est définie entre l'axe de rotation Y et le moyen de préhension 440 et la deuxième distance est définie entre l'axe de rotation Y et la position du produit 1. Une contrainte de cisaillement exercée par l'arête tranchante 211 pénétrant dans le produit 1 est égale à une force exercée par l'opérateur sur le moyen de préhension 440 multipliée par le rapport des distances. Ainsi, plus le produit est positionné proche de l'axe de rotation Y et plus l'effet de levier est important.The inert cutting tool 200, rotating around the Y axis, offers a leverage effect making it possible to increase the shear stress on the product to be cut 1. The leverage effect is notably characterized by a ratio of the distances between a first distance and a second distance, the ratio of the distances being advantageously strictly greater than 1. The first distance is defined between the axis of rotation Y and the gripping means 440 and the second distance is defined between the axis of rotation Y and the position of the product 1. A shear stress exerted by the cutting edge 211 penetrating into the product 1 is equal to a force exerted by the operator on the gripping means 440 multiplied by the ratio of the distances. Thus, the closer the product is positioned to the Y axis of rotation, the greater the leverage effect.

Avantageusement la première arête tranchante 211 a un faible angle de coupe, inférieur à 10° et une épaisseur de fil d'affûtage inférieure ou égale à 0,1 mm. L'arête tranchante 211 peut également comporter des éléments usinés augmentant le pouvoir de coupe, tels que des micro-dentures.Advantageously, the first cutting edge 211 has a low cutting angle, less than 10 ° and a sharpening wire thickness less than or equal to 0.1 mm. The cutting edge 211 can also include machined elements increasing the cutting power, such as micro-teeth.

Dans l'exemple présenté dans la figure 6, le système de découpe ultrasonore 101 comprend un moyen de mise tension 600 permettant d'exercer une tension mécanique F sur l'outil de coupe inerte 200, selon la longueur de l'outil de coupe inerte 200. Par exemple, la tension mécanique F peut être appliquée entre la pièce de support 420 et la bride 430. La tension mécanique F permet de réduire la torsion de l'outil de coupe inerte 200 lors de la phase de découpe. La tension mécanique F peut également contribuer à réduire l'amplitude de flexion de l'outil de coupe inerte 200, notamment lorsque le produit 1 est fragile et lorsque l'amplitude de flexion est susceptible de dégrader l'état de surface des tronçons du produit 1. La tension mécanique F peut également contribuer à réduire la déformation mécanique de l'outil de coupe inerte 200 pendant la découpe d'un produit 1, améliorant la qualité de coupe. Le moyen de mise en tension 600 peut par exemple être un cadre en forme de C couplé à la pièce de support 420 et à la bride 430. Le moyen de mise en tension 600 peut également comporter une vis et une molette permettant d'ajuster la tension mécanique F sur l'outil de coupe inerte 200.In the example presented in figure 6 , the ultrasonic cutting system 101 comprises a tensioning means 600 making it possible to exert a mechanical tension F on the inert cutting tool 200, according to the length of the inert cutting tool 200. For example, the mechanical tension F can be applied between the support part 420 and the flange 430. The mechanical tension F makes it possible to reduce the torsion of the inert cutting tool 200 during the cutting phase. The mechanical tension F can also contribute to reducing the bending amplitude of the inert cutting tool 200, in particular when the product 1 is fragile and when the bending amplitude is liable to degrade the surface condition of the sections of the product. 1. The mechanical tension F can also help to reduce the mechanical deformation of the inert cutting tool 200 during cutting of a product 1, improving the cutting quality. The tensioning means 600 can for example be a C-shaped frame coupled to the support piece 420 and to the flange 430. The tensioning means 600 can also include a screw and a thumbwheel allowing the adjustment to be made. mechanical tension F on the inert cutting tool 200.

Selon un deuxième mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 102 représenté à la figure 7, le moyen de mise en rotation 400 comporte un dispositif mécanique 450 configuré pour appliquer un couple mécanique à l'outil de coupe inerte 200.According to a second embodiment of the ultrasonic cutting system 102 shown in figure 7 , the rotating means 400 comprises a mechanical device 450 configured to apply a mechanical torque to the inert cutting tool 200.

Dans ce deuxième exemple de réalisation illustré à la figure 7, le système de découpe ultrasonore 102 est identique au premier exemple de réalisation décrit précédemment à l'exception des éléments qui vont être décrits par la suite.In this second exemplary embodiment illustrated in figure 7 , the ultrasonic cutting system 102 is identical to the first exemplary embodiment described above with the exception of the elements which will be described below.

Le dispositif mécanique 450 peut être un vérin hydraulique ou pneumatique ou un moteur électrique. Le dispositif mécanique 450 peut assister l'opérateur ou appliquer le couple seul à l'outil de coupe inerte 200 pendant la phase de découpe. Le dispositif mécanique 450 peut également faciliter la manipulation de l'outil de coupe inerte 200 par l'opérateur, par exemple pour relever l'outil de coupe inerte 200, une fois le produit 1 tranché.The mechanical device 450 can be a hydraulic or pneumatic cylinder or an electric motor. The mechanical device 450 can assist the operator or apply the torque alone to the inert cutting tool 200 during the cutting phase. The mechanical device 450 can also facilitate the handling of the inert cutting tool 200 by the operator, for example to raise the inert cutting tool 200, once the product 1 has been sliced.

Avantageusement, une extrémité du dispositif mécanique 450 peut-être disposée à proximité de la deuxième extrémité 202 de l'outil de coupe inerte 200, par exemple sur la bride 430. L'autre extrémité du dispositif mécanique 450 peut être fixée à un élément rigide (non montré sur les dessins) par rapport à la pièce de support 420. Ainsi, le couple exercé par le dispositif mécanique 450 sur la bride 430 permet d'abaisser ou remonter l'outil de coupe inerte 200.Advantageously, one end of the mechanical device 450 can be placed near the second end 202 of the inert cutting tool 200, for example on the flange 430. The other end of the mechanical device 450 can be fixed to a rigid element. (not shown in the drawings) relative to the support part 420. Thus, the torque exerted by the mechanical device 450 on the flange 430 makes it possible to lower or raise the inert cutting tool 200.

Le dispositif mécanique 450 peut, par exemple, être un vérin pneumatique ou un moteur électrique.The mechanical device 450 can, for example, be a pneumatic cylinder or an electric motor.

La figure 8 illustre un troisième exemple de réalisation d'un système de découpe ultrasonore 103 selon l'invention. Dans ce troisième exemple de réalisation, le système de découpe ultrasonore 103 est identique aux exemples de réalisation décrits précédemment à l'exception des éléments qui vont être décrits par la suite.The figure 8 illustrates a third exemplary embodiment of an ultrasonic cutting system 103 according to the invention. In this third exemplary embodiment, the ultrasonic cutting system 103 is identical to the exemplary embodiments described above with the exception of the elements which will be described below.

L'outil de coupe inerte 200 peut comporter une deuxième arête tranchante 212. La deuxième arête tranchante 211 est opposée à la première arête tranchante 212, reliant partiellement les premier et deuxième flancs 210A, 210B et s'étirant de la première extrémité 201 à la deuxième extrémité 202 de l'outil de coupe inerte 200. De même que la première arête tranchante 211, la deuxième arête tranchante 212 est destinée à réaliser la découpe du produit 1.The inert cutting tool 200 may have a second cutting edge 212. The second cutting edge 211 is opposed to the first cutting edge 212, partially connecting the first and second flanks 210A, 210B and extending from the first end 201 to the end. second end 202 of the inert cutting tool 200. Like the first cutting edge 211, the second cutting edge 212 is intended to cut the product 1.

L'ajout de la deuxième arête tranchante 212 permet de réaliser une découpe du produit 1 en abaissant l'outil de coupe inerte 200 ou en relevant l'outil de coupe inerte 200. Une autre utilisation envisageable est une découpe du produit 1 selon un mouvement de va-et-vient circulaire, en réalisant un premier tronçon du produit 1 en abaissant l'outil de coupe inerte 200 puis en réalisant un second tronçon du produit 1 en remontant l'outil de coupe inerte 200.The addition of the second cutting edge 212 makes it possible to cut the product 1 by lowering the inert cutting tool 200 or by raising the inert cutting tool 200. Another possible use is to cut the product 1 according to a movement. reciprocating circular, by making a first section of the product 1 by lowering the inert cutting tool 200 and then making a second section of the product 1 by raising the inert cutting tool 200.

L'ajout de la deuxième arête tranchante 212 permet de réaliser une découpe traversante du produit 1, sans nécessité de recourir à un support de coupe 500.The addition of the second cutting edge 212 makes it possible to produce a through cut of the product 1, without the need to resort to a cutting support 500.

Avantageusement la deuxième arête tranchante 212 a un faible angle de coupe, inférieur à 10° et une épaisseur de fil d'affûtage inférieure ou égale à 0,1 mm. L'arête tranchante 212 peut également comporter des éléments usinés augmentant le pouvoir de coupe, tels que des micro-dentures.Advantageously, the second cutting edge 212 has a low cutting angle, less than 10 ° and a sharpening wire thickness less than or equal to 0.1 mm. The cutting edge 212 can also include machined elements increasing the cutting power, such as micro-teeth.

Une caractéristique commune aux modes de réalisation présentés dans les figure 1 à figure 8 est la disposition du dispositif de mise en vibration par ultrasons 300. Le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 est disposé sur l'outil de coupe inerte 200 à distance de l'axe de rotation Y. Avantageusement, selon les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 est disposé sur la deuxième extrémité 202 de l'outil de coupe inerte 200.A characteristic common to the embodiments presented in the figure 1 to figure 8 is the arrangement of the ultrasonic vibrating device 300. The ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the inert cutting tool 200 at a distance from the axis of rotation Y. Advantageously, according to the first, second and Third embodiments, the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the second end 202 of the inert cutting tool 200.

Le poids du dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 intervient également dans le couple exercé sur l'outil de coupe inerte 200 et contribue à l'effet de levier de manière positive.The weight of the ultrasonic vibrator 300 is also a factor in the torque exerted on the inert cutting tool 200 and contributes to the leverage effect in a positive manner.

La figure 9 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 104. Dans ce quatrième mode de réalisation, le système de découpe ultrasonore 104 est identique aux exemples de réalisation décrits précédemment à l'exception des éléments qui vont être décrits par la suite.The figure 9 schematically shows a fourth embodiment of the ultrasonic cutting system 104. In this fourth embodiment, the ultrasonic cutting system 104 is identical to the exemplary embodiments described above except for the elements which will be described below.

Le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 est disposé sur l'outil de coupe inerte 200 à proximité de l'axe de rotation Y. Avantageusement, le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 est disposé sur la première extrémité 201 de l'outil de coupe inerte 200. La pièce d'interface 410 est avantageusement fixée à la bride 430 qui sert de moyen de liaison entre le moyen de mise en rotation 400 et l'outil de coupe inerte 200. Le moyen de préhension 440 reste avantageusement fixé sur la bride 430 de sorte que la vibration en flexion au sein de l'outil de coupe inerte 200 ne soit pas transmise à l'opérateur.The ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the inert cutting tool 200 near the axis of rotation Y. Advantageously, the ultrasonic vibrating device 300 is disposed on the first end 201 of the. inert cutting tool 200. The interface piece 410 is advantageously fixed to the flange 430 which serves as a connection means between the rotating means 400 and the inert cutting tool 200. The gripping means 440 advantageously remains fixed. on the flange 430 so that the bending vibration within the inert cutting tool 200 is not transmitted to the operator.

La distance entre le dispositif de mise en vibration par ultrasons 300 et l'axe de rotation Y étant plus faible, l'opérateur peut manipuler et remonter plus facilement l'outil de coupe inerte 200.Since the distance between the ultrasonic vibrating device 300 and the axis of rotation Y is smaller, the operator can more easily handle and reassemble the inert cutting tool 200.

La figure 10 représente schématiquement un cinquième mode de réalisation du système de découpe ultrasonore 105. Dans ce cinquième mode de réalisation, le système de découpe ultrasonore 105 est identique aux exemples de réalisation décrits précédemment à l'exception des éléments qui vont être décrits par la suite.The figure 10 schematically represents a fifth embodiment of the ultrasonic cutting system 105. In this fifth embodiment, the ultrasonic cutting system 105 is identical to the exemplary embodiments described above with the exception of the elements which will be described below.

La pièce de support 420 est fixée au support de découpe 500 de sorte que l'axe de rotation Y soit perpendiculaire au support de découpe 500. Ainsi l'outil de coupe inerte décrit une rotation dans un plan parallèle au support de découpe 500. Ce mode de réalisation du système de découpe 105 permet de trancher le produit 1 selon une section parallèle au support de découpe 500.The support piece 420 is fixed to the cutting support 500 so that the axis of rotation Y is perpendicular to the cutting support 500. Thus the inert cutting tool describes a rotation in a plane parallel to the cutting support 500. This embodiment of the cutting system 105 allows the product 1 to be cut in a section parallel to the cutting support 500.

Claims (15)

Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) comportant un outil de coupe inerte (200) et un dispositif de mise en vibration par ultrasons (300), le dispositif de mise en vibration par ultrasons (300) comportant : - un émetteur ultrasonore (310), configuré pour émettre une onde ultrasonore ; et - un ensemble résonant (320), couplé à l'émetteur ultrasonore (310) et accordé à l'onde ultrasonore, configuré pour transmettre une vibration selon une direction de propagation (X) ; l'outil de coupe inerte (200) étant couplé à l'ensemble résonant (320) de manière à vibrer selon un mode de flexion, le système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mise en rotation (400) configuré pour permettre un mouvement de rotation de l'outil de coupe inerte (200).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) comprising an inert cutting tool (200) and an ultrasonic vibrating device (300), the ultrasonic vibrating device (300) comprising: - an ultrasonic transmitter (310), configured to emit an ultrasonic wave; and - a resonant assembly (320), coupled to the ultrasonic transmitter (310) and tuned to the ultrasonic wave, configured to transmit a vibration in a direction of propagation (X); the inert cutting tool (200) being coupled to the resonant assembly (320) so as to vibrate in a bending mode, the ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) being characterized in that it comprises a rotating means (400) configured to allow rotational movement of the inert cutting tool (200). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ensemble résonant (320) comporte un premier élément résonant configuré pour vibrer selon un premier mode de traction/compression et un deuxième élément résonant configuré pour vibrer selon un deuxième mode de traction/compression, l'outil de coupe inerte (200) étant positionné entre le premier élément résonant et le deuxième élément résonant.Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to the preceding claim, characterized in that the resonant assembly (320) comprises a first resonant element configured to vibrate according to a first mode of traction / compression and a second resonant element configured to vibrate in a second tension / compression mode, the inert cutting tool (200) being positioned between the first resonant element and the second resonant element. Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément résonant est un amplificateur ultrasonore (330) et en ce que le deuxième élément résonant est une masse résonante (340).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to claim 2, characterized in that the first resonant element is an ultrasonic amplifier (330) and in that the second resonant element is a resonant mass (340) . Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur ultrasonore (310) est un transducteur piézoélectrique générant l'onde ultrasonore dont la fréquence est comprise entre 20 kHz et 100 kHz.Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transmitter (310) is a piezoelectric transducer generating the ultrasonic wave whose frequency is between 20 kHz and 100 kHz. Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) comprend un support de découpe (500), le moyen de mise en rotation (400) étant fixé au support de découpe (500).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) comprises a cutting support ( 500), the rotating means (400) being fixed to the cutting support (500). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support de découpe (500) comporte un revêtement protecteur sur une partie supérieure, résistant à la découpe et à la chaleur dégagée par la vibration en flexion de l'outil de coupe inerte.Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cutting support (500) has a protective coating on an upper part, resistant to cutting and to the heat given off by the bending vibration of the inert cutting tool. Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mise en rotation (400) est positionné à proximité d'une première extrémité (201) de l'outil de coupe inerte (200) de manière à permettre un mouvement de pivot selon un axe de rotation (Y) et en ce que le dispositif ultrasonore (300) est localisé sur l'outil de coupe inerte (200) à proximité de l'axe de rotation (Y).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the rotating means (400) is positioned near a first end (201 ) of the inert cutting tool (200) so as to allow a pivotal movement along an axis of rotation (Y) and in that the ultrasonic device (300) is located on the inert cutting tool (200) at proximity to the axis of rotation (Y). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mise en rotation (400) est positionné à proximité d'une première extrémité (201) de l'outil de coupe inerte (200) de manière à permettre un mouvement de pivot selon un axe de rotation (Y) et en ce que le dispositif ultrasonore (300) est localisé sur l'outil de coupe inerte (200) à distance de l'axe de rotation (Y).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the rotating means (400) is positioned near a first end (201 ) of the inert cutting tool (200) so as to allow a pivotal movement along an axis of rotation (Y) and in that the ultrasonic device (300) is located on the inert cutting tool (200) at distance from the axis of rotation (Y). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mise en rotation (400) comprend une pièce de support (420) configurée pour réaliser une liaison pivot avec un arbre de rotation (460), le moyen de mise en rotation (400) comprenant une pièce d'interface (410) couplée à l'arbre de rotation (460) et fixée sur l'outil de coupe inerte (200), la pièce d'interface (410) étant configurée pour réfléchir la vibration en flexion de l'outil de coupe inerte (200).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotating means (400) comprises a support part (420) configured to provide a connection pivot with a rotating shaft (460), the rotating means (400) comprising an interface piece (410) coupled to the rotating shaft (460) and attached to the inert cutting tool (200) , the interface piece (410) being configured to reflect the bending vibration of the inert cutting tool (200). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mise en rotation (400) comporte un moyen de préhension (440), positionné à proximité d'une deuxième extrémité (202) de l'outil de coupe inerte (200).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotating means (400) comprises a gripping means (440), positioned close to a second end (202) of the inert cutting tool (200). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mise en rotation (400) comporte un dispositif mécanique (450), tel qu'un vérin ou un moteur, configuré pour appliquer un couple mécanique à l'outil de coupe inerte (200).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotating means (400) comprises a mechanical device (450), such as a jack or a motor, configured to apply mechanical torque to the inert cutting tool (200). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble résonant (320) et le moyen de mise en rotation (400) sont amovibles.Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the resonant assembly (320) and the rotating means (400) are removable. Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de coupe inerte (200) comporte une lame métallique dont une épaisseur est inférieure ou égale à 10 mm et en ce que l'outil de coupe inerte (200) comporte une première arête tranchante (211).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that the inert cutting tool (200) comprises a metal blade whose thickness is less than or equal to 10 mm and in that the inert cutting tool (200) has a first cutting edge (211). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'outil de coupe inerte (200) comporte une deuxième arête tranchante (212), opposée à la première arête tranchante (211).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to the preceding claim, characterized in that the inert cutting tool (200) has a second cutting edge (212), opposite the first cutting edge (211) ). Système de découpe ultrasonore (101, 102, 103, 104, 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mise en tension (600) de l'outil de coupe inerte (200).Ultrasonic cutting system (101, 102, 103, 104, 105) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a tensioning means (600) of the inert cutting tool (200) .
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