Brevet FR2210544A1 — publié le 19740712

La présente invention concerne d'une manière générale des récipients du genre bouteille en matière plastique à jeter que lton peut fabriquer à bon compte et à grande vitesse, destinés à contenir des boissons et analogues sous pression et -vise notamment un tel récipient apte à subir une forte pression interne sans se dilater ni céder. A l'heure actuelle, on a commercialisé à titre d'essai des bouteilles en matière plastique sythétique, fabriquées par techniques classiques de moulage par soufflage, qui présentent une paroi relativement épaisse et rigide pour résister aux pressions internes susceptibles d'entre engendr-ées pendant la manutention des boissons gazeuses qu'elles contiennent.On estime compte tenu de la marge de sécurité que de telles bouteilles doivent être aptes à supporter des pressions internes allant jusqu'à 3,5 kg/cm2 environ pour la bière et jusqu'à 5,3 kg/cm2 pour les boissons douces telles que celles connues sous les dénominations "Coca-cola" ou "Pepsi-Cola". Ces récipients façonnés par soufflage, à paroi épaisse, sont préférables à ceux en d'autres matières, parce qu'ils sont légers et ne risquent pas de se briser ou de s'ébrécher en tombant, mais il est possible de réduire encore le poids et le prix de revient par rapport aux bouteilles en matière plastique-d'un seul tenant, moulées par soufflage. La présente invention a pour but de riliser un progrès par rapport aux récipients connus du genre décrit. En particulier, elle a pour but de proposer un récipient du genre bouteille qu'on puisse réaliser à bien meilleur compte en façonnant ses divers tronçons dans plusieurs bandes continues en matière plastique relativement minces à l'aide de machines classiques de formage à chaud sous pression différentielle, puis en séparant des tronçons des bandes et en les assemblant. Plus particulièrement, l'invention concerne une bouteille et son procédé de façonnage suivant lequel on forme la bouteille en tronçons séparés conçus de manié- re qu'on puisse ensuite les réunir à l'aide d'un appareil existant de soudage par frottement.Un récipient du genre bouteille façonné suivant l'invention a un poids nettement réduit, contient beaucoup moins de matière plastique et se révèle apte à supporter des pressions internes très supérieures à la valeur maximale à prévoir, compte tenu de la nature'des boissons à-y introduire. Ea bref, le récipient comporte une section de paroi supérieure présentant un goulot de forme voulue pour recevoir une capsule. Cette section de paroi peut être formée d'un seul tronçon ou de plusieurs tronçons annulaires, enfilés les uns dans les autres et assemblés par soudage par frottement, et il est prévu unfond convexe à rebord rabattu vers le bas qui s'emboue dans la base de la section de paroi latérale et a le diamètre voulu pour pouvoir être soudé en place par frottement.La structure de la bouteille ou du récipient est particulièrement étudiée afin de faciliter ltemboltement des pièces à souder par frottement, d'assurer le positionnement axial relatif de ces pièces, d'éviter la pénétration de débris de matière plastique dans le récipient et de maintenir les diverses pièces du récipient pour permettre l'exécution des opérations gensoudage par frottement. Seule la partie supérieure du rebord bordant la section de fond est soudée par frottement, afin que des gaz engendrés pendant la manutention ne tendent pas à séparer les pièces, et lton évite de souder par frottement la partie inférieure du rebord pour pouvoir réaliser une soudure par frottement du type à inertie. D'autres buts et avantages-de l'invention ressortiront de la description détaillée qu'on va maintenant donner de certains modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels Fig. 1 est une vue en élévation avec arrachement d'un récipient du genre bouteille particulièrement conçu pour contenir une boisson gazeuse telle que bière. Fig. 2 est une vue en plan de dessous de ce récipient. Fig. 3 en est une vue en plan de dessous. Fig. 4 est, à beaucoup plus grande échelle et en élévation, une vue de détail en coupe de la zone encerclée sur la figure 1. Fig. 5 est une vue en élévation avec arrachement d'une bouteille en trois pièces suivant une variante, destinée à contenir une boisson douce. Fig. 6 est une vue en plan de dessus de cette bouteille. Fig. 7 en est une vue en plan de dessous. Eig. 8 est une vue éclatée montrant séparément les trois pièces de la bouteille. Fig. 9 est, à beaucoup plus grande échelle et en élévation, une vue de détail en coupe de la partie de bouteille encerclée sur la figure 5. Fig. 10 représente schématiquement à titre d'exemple un appareil pour réaliser le formage et l'assemblage des bouteilles. En examinant les dessins, et d'abord les figures 1 à 4, on y voit à l'état assemblé un récipient à bière du genre bouteille qui comprend une section de paroi latérale, désignée par la référence générale 10, et une section de fond, de forme générale convexe, désignée par la référence générale 11, enfilée à coulissement dans la partie inférieure de la section de paroi 10, à laquelle on ait adhérer fermement d'une manièrequ'on décrira. Au sommet, la section de paroi 10 présente un goulot 12 qui peut entre fileté comme représenté pour recevoir une capsule classique non représentée, un trou 12a étant bien entendu ménegé par poinconnag dans le sommet du goulot 12 pour permettre de déverser la boisson du récipient après enlèvement de la capsule. La figure 4 représente en particulier la forme d'une section de fond Il et montre comment celle-ci stembolte dans la partie inférieure de la section de paroi 10. Chaque section de fond Il comporte une paroi inférieure 13, de forme générale convexe, qui se fond avec un rebord plat 13a, sensiblemént horizontal, luimême fondu avec un rebord rabattu, désigné par la référence générale 14. Comme on l'indiquera plus loin, les sections de paroi 10 et de fond 11 sont formées sous pression différentielle en matiè re thermnplastique relativement mince, telle par exemple que chlo- rure de polyvinyle limpide et transparent.Typiquement, les sec-tions ont, après formage, une épaisseur de paroi comprise entre 0,46 et 0,76 mm. Comme le montre la figure 4, le rebord annulaire 14 présente au sommet un arrondi de jonction 14a qui assure un guidage facilitant l'insertion de la section de fond 11 dans la partie basse de la section de paroi 10 et on notera que la partie périphérique supérieure du rebord 14a a un diamètre extérieur supérieur au diamètre intérieur que la section de paroi 10 présente au meme niveau, afin de pénétrer à force dans cette partie de la section 10. La matière de soudage par frottement 15 est interposée entre la partie supérieure du rebord 14 et la partie de a paroi 10 en contact avec elle sur la distance a et fait adhérer fermement la section de fond 11 à la section de paroi 10, par tout le pourtott du rebord périphérique 14. La paroi 10 et le rebord 14 sont tous deux légèrement tronconiques en ce sens qutils présentent la mme inclinaison vers l'extérieur et vers le bas, comme l'indique la figure 4. Typiquement, le rebord 14 peut avoir, à la jonction X entre le fond Il et la paroi 10, un diamètre extérieur de 66,24mm quand la section de paroi 1ia à ce niveau un diamètre intérieur de 65,64 mm et lé tronçon a du rebord 14 a typiquement, sur toute sa longueur, un diamètre supérieur de 0,3 mm au diamètre intérieur de la section de paroi 10 dans laquelle il stemboîte. En d'autres termes, on choisit les diamètres de façon qu'ils présentent une différence de 0,3 mm assurant un contact frottant. Au-dessous du tronçon a, la paroi 10 comporte un tronçon 10a décalé vers l'extérieur qui peut, par exemple, avoir un diamètre intérieur de 66,65 mm et qui présente une série de nervures verticales 16 saillant vers l'extérieur. Au-dessous des nervures 16, la partie basse de la section de paroi 10 présente un épaulement radial 17 dirigé vers l'extérieur, menant à un tronçon inférieur ou lèvre 18 qui s'étend au ras des crêtes des nervures 16, comme le montre la figure 4. Be rebord 14 présente de meme un épaulement radial 19, dirigé vers l'extérieur, menant à un tronçon terminal 20 qui présente des nervures verticales 21 faisant saillie vers l'intérieur.Aucun frottement ne s'exérce entre les tronçons 18 et.20 qui peuvent avoir les mêmes diamètres intérieur et extérieur respectivement. On peut former toutes les sections de paroi 10 et de fond Il à l'aide d'un appareil de formage à chaud existant, tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis N 3 346 923 et les assembler par soudage par frottement à l'aide d'un appareil du genre décrit dans le brevet des Etats-Unis NO 3 297 504. Ce dernier brevet décrit une presse à poinçonner ou à découpeppropre à détacher les sections de récipient de la bande continue de matière plastique dans laquelle elles sont formées sous pression différentielle et l'on conçoit que, pour chacune des sections 10 et 11, cette presse détache les pièces du récipient de la bande dans laquelle elles sont formées au niveau de leurs extrémités ouvertes.Pour les sections 10, le mécanisme de poinçonnage comporte un poinçon additionnel destiné à percer les trous 12a dans les parois d'extrémité des goulots 12. Quand les sections 10 et 11 soBt montées dans les manchons porte-pièce décrits dans le brevet précité NO 3 297 504 et sont amenées l'une dans l'autre pour être réunies par soudage par frottement, les épaulements 17 et 19 limitent le mouvement d'enfoncement des sections 11 et 10 l'une dans l'autre. Ainsi, lorsqu'on imprime aux sections 10 et 11 une rotation relative, comme décrit dans ledit brevet, pour les réunir par soudage par frottement, les débris résultant éventuellement du frottement qui s'exerce entre les épaulements 17 et 15 axialement opposés ne peuvent pénétrer à l'intérieur du récipient formé.Il importe en effet que toutes surfaces axiales susceptibles de frotter l'une contre l'autre soient disposées à distance de la jonction b entre la section de fond 11 et la section de paroi 10. Du fait qu'une soudure par frottement est réalisée sur la dont gueur a, à partir de la jonction d, sur tout le pourtour des sections, du gaz sous pression ne risque pas de s'infiltrer entre la section 10-et le rebord 14 pour tendre à les séparer. En limitant l'aire de soudage par frottement à celle définie par- la longueur a, située radialement à distance et axialement en face de la paroi concavo-convexe 13, on peut réaliser une soudure par irer- tie du genre décrit dans le brevet précité n0 3 297 504, ce qu'on ne saurait- faire si la totalité de rebord 14 était contact frottant avec la section de paroi latérale 10. Les figures 5 à 8 illustrent une variante suivant laquelle la section de fond, qui porte encore la référence numérique 11, est formée exactement de la manière décrite ci-dessus. Par contre, la section de paroi latérale, désignée par la référence générale 10, comporte deux pièces ou troncons, supérieur 10' et inférieur 10". Bien entendu, le tronçon inférieur 10" a à la base la forme voulue pour s'embolter dans la section de fond 11, exactement comme décrit plus haut, les éléments homologues portant les mêmes références numériques. On notera que c'est le tronçon supérieur 10' qui présente le goulot 12, destiné à recevoir une capsule non représentée, dans lequel est poinçonné un trou 12a. La figure 9 illustre en particulier la manière dont les tronçons 10' et 10" sont réunis par soudage par frottement. Comme l'indique cette figure, la partie supérieure du tronçon 10" présente un épaulement radial 22 dirigé vers l'intérieur qui se foAd avec un tronçon supérieur 23, décalé vers l'intérieur et terminé par une lèvre radiale 24 dirigée vers l'intérieur. Be tronçon de paroi supérieur 10' présente un tronçon terminal 26 qui reçoit le tronçon 23 et s'étend au ras de la partie du tronçon 10" située au-dessous du redan 22, comme le montre la figure 9. Les parties 23 et 26 peuvent être verticales comme représenté ou aussi être légèrement tronconiques, ayant toutes deux la meme inclinaison vers le bas et vers l'extérieur.Le récipient est beaucoup plus rigide du fait qu'il comporte axialement une double épaisseur de paroi au niveau des parties de paroi 23 et 26 et l'esthétique est respectée du fait que les parties emboîtées s'étendent au ras l'une de l'autre. La partie 23 est emmanchée à frottement dans la partie 26,-ltécart en plus entre les diamètres pouvant être aussi dans ce cas de 0,3 mm. Typiquement, la partie 23 peut avoir un diamètre extérieur de 58,77 mm au niveau de la jonction b', par exemple, quand le tronçon 10' dans lequel elle s'engage ain diamètre intérieur de 58,47 mm. Cet écart en trop de 0,3 mm subsiste sur toute la hauteur a' de la soudure réalisée par frottement, de la matière de soudage par frottement 27 étant interposée entre les faces en regard sur la hauteur a', comme indiqué.La partie 23 présente un arrondi supérieur 23a, tel que représenté, formant une surface de guidage qui facilite l'insertion du tronçon 10" dans le tronçon 10. Vu l'absence de surfaces en contact axial à l'intérieur des pièces, il ne se forme pas, pendant soudage par frottement, de débris risquant de contaminer le contenu de la bouteille lors du remplissage. Des nervures 28 formées sur chaque tronçon 10' permettent de mieux agripper ce tronçon pour faciliter le soudage par frottement. Après assemblage opéré comme décrit la bouteille formée peut avoir un poids d'environ 30 g, très inférieur à celui des récipients en matière plastique actuellement prévus pour contenir des boissons gazeuses. La figure 10 est un Schéma illustrant un mode de réalisation et d'assemblage des pièces du récipient représenté sur les figures 5 à 9. Trois bandes continues de matière plastique 30, 31 et 32 arrivent séparément à trois appareils de formage à chaud 33, 34 et 35 respectivement, qui fonctionnent comme décrit dans le brevet précité nO 3 346 923 pour former respectivement les tronçons supérieurs 10' et intermédiaires 10" et les fonds 11 dans les feuilles 30, 3q et 32 respectivement. On notera que les bandes 30 et 32 peuvent arriver d'une boudineuse ou de rouleaux de matière plastique en feuilles ou en bande continue, montés de la ma nière usuelle près des machines de formage à chaud 33 à 35, et sont chauffées dans ces machines jusqu'à devenir déformables. Des machines de formage à chaud 33 à 35, les bandes 30 à 32 respectivement passent dans des machines de découpage 36 à 38 respective- ment, du genre presse à découper, qui peuvent avoir dans l'ensem- ble la structure décrite dans le brevet précité nO 3 297 504 et qui détachent respectivement les pièces 10', 10" et Il des bandes 30 à 32.Des transporteurs 39 entraînent les pièces 10' à une machine à souder 40 et des transporteurs 41 les pièces 10" à cette meme machine 40, qui est du type à toupillage décrit dans le brevet précité nO 3 297 504. Bes pièces 10' et 10" sont enfilées l'une dans l'autre dans la machine à souder par frottement 40,pis entraînées en rotation relative pour être fermement réunies par soudure à frottement. La presse à découper 37 comporte un poinçon destiné à percer un trou 0 dans la paroi d'extrémité fermée de chacune des pièces 10' formées dans la bande 31, en laissant bien entendu subsister les lèvres 24. Bes lèvres 24 n'obstruent nullement l'in térieur des bouteilles formées et évitent d'avoir à poinçonner les trous O à un diamètre précis épousant le diamètre intérieur des parties 23 des pièces 10". Bes pièces 11, découpées dans la bande 32 par la presse 3, atteignent une dernière machine à souder par frottement 42, aussi du genre décrit dans le brevet précité nO 3 297 504, sur un transporteur 43. Elles sont fixées aux pièces réunies 10' et 10", qui atteignent la machine à souder par frottement 42 sur le transporteur 44. Finalement, les bouteilles complètement assemblées et fermement soudées quittent la machine 42 sur un transporteur 45 qui les amènent à des machines de remplissage et de capsulage, non représentées parce que non couvertes par l'invention. REVEIBIChTICITS 1. Récipient sous pression mince et souple, en matière synthétique thermoplastique, particulièrement destiné à contenir des boissons gazeuses, caractérisé en ce qu'il comprend une section de paroi latérale annulaire, formée sous pression différentielle, présentant au sommet un goulot qui permet due déverser la boisson ou analogue, et un fond, formé sous pression différentielle, qui présente une paroi inférieure concavo-convexe et un rebord périphérique continu enfilé à coulissement dans l'extrémité inférieure de ladite paroi latérale pour former dans ledit récipient un tronçon d!extrémité inférieur à double épaisseur de paroi, un tronçon de ce rebord ayant un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur du tronçon de section de paroi latérale dans lequel il péhètre, de manière à s'insérer à frottement dans ce dernier, et de la matière de soudage par frottement, si' tuée radialement à distance et axialement en face de ladite paroi concavo-convexe et interposée entre lesdits tronçons du rebord et de la section de paroi latérale, autour de ladite paroi inférieure, faisant adhérer fermement cette paroi inférieure à la section de paroi latérale. 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi inférieure de forme générale convexe comporte un tronçon curviligne renflé vers le bas et un tronçon sensiblement plat de jonction entre ledit rebord et le tronçon curviligne. 3. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rebord et ladite paroi latérale présentent des surfaces de butée qui déterminent la distance sur laquelle ledit rebord du fond pénètre à coulissement dans ltextrémité inférieure de ladite section de paroi latérale. 4. Récipient selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites surfaces de butée sont des épaulements dirigés vers l'extérieur tant sur le rebord que sur la section de paroi latérale, à une certaine distance au-dessous de ladite matière de soudage par frottement. 5. Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce que des nervures verticales font saillie vers l'extérieur sur la section de paroi latérale, entre la matière de soudage par frottement et les redans. 6. Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce que les nervures saillant vers l'extérieur sont formées dans le rebord, entre son épaulement et son extrémité inférieure. 7. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rebord est rabattu vers le bas et comporte un arrondi supérieur formant une surface de guidage qui facilite l'insertion dc fond dans la section de paroi latérale. 8. Récipient selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section de paroi latérale comporte des tronçons annulalres supérieur et inférieur séparés, l'extrémité supérieure du tronçon inférieur ayant-uq8iamètre extérieur supérieur cu d amè- tre intérieur de l'extrémité inférieure du tronçon supérieur, afin de pénétrer dans celle-ci avec un certain frottement, et en ce que de la matière de soudage par frottement est interposée entre ladite extrémité supérieure du tronçon inférieur et ladite extrémité inférieure du tronçon supérieur pour les faire adhérer fermement lune à l'autre 9.Récipient selon la revendication 8, caractérisé en ca que l'extrémité supérieure du-tronwon inférieur présente un partie rabattue radialement vers l'intérieur qui joue le rôle de surface de guidage pour faciliter l'insertion du tronçon in,éric1s dans le tronçon supérieur. 10. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que des nervures axiales sont formées dans une partie dudit rebord, située au-dessous dudit tronçon de rebord et de ladite matière de soudage par frottement, dont le diamètre n'est pas supérieur à celui de la partie de paroi latérale située en regard-eU qui n est pas en contact frottant avec cette partie. 11. Procédé de fabrication de récipient souple à paroi min ne, en matière thermoplastique notamment pour boisson gazeuse, caractérisé en ce qu'on forme sous pression différentielle une série de tronçons supérieurs de paroi latérale, en forme de récipient, munis de goulots à leurs extrémités ferméyit ouverts aux extrémités opposées, dans une bande continue de matière thermoplastique chauffée, déformable; on détache lesdits tronçons supérieurs de paroi latérale de la bande au niveau de leurs extrémités ouvertes; on forme sous pression différentielle une série de tron çons inférieurs d paroi latérale, en forme de récipient, pe- sentant des extrémités fermées et des extrémités opposées ouver- tes, dans une bande continue thermoplasique chauffée, déformable, on détache ces tronçons inférieurs de paroi latérale de la bande au niveau de leurs extrémités ouvertes, on enlève par poinçonnage les extrémités fermées des tronçons inférieurs de paroi latérale en y laissant subsister un petit rebord dirigé vers l'intérieur; on forme sous pression différentielle une série de sections inférieures en forme de fond de récipient, présentant des extrémités fermées de forme générale convexe et des extrémités opposées ouvertes, dans une troisième bande thermoplastique chauffée, déformable, on détache lesdites sections de fond de la bande, au niveau de leurs extrémités ouvertes, et on assemble par soudage les tron çons de paroi et les sections de fond, celles-ci pénétrant à coulissement dans les tronçons de paroi inférieurs. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les extrémités supérieure s des tronçons de paroi latérale inférieurs ont un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur des extrémités inférieure s des tronçons de paroi latérale supérieurs et pénètrent avec frottement dans ceux-ci et en ce qu'on imprime auxdits tronçons une rotation relative pour réaliser une soudure par frottement.