Brevet FR2486438A1 — publié le 19820115

La présente invention est relative à un appareil de perforation par étincelles d'un matériau en feuille, plus parti- culièrement mais non exclusivement du papier à cigarettes. Les ensembles d'électrodes actuellement utilisés dans ce type d'appareil comprennent généralement des rangées d'électrodes en forme de tiges juxtaposées vis-à-vis d'une surface à la masse devant laquelle passe le matériau à perforer. Des arcs sont engendrés entre les électrodes en forme de tiges et la surface à la masse de telle sorte que le matériau en feuille est perforé. L'usage d'électrodes en forme de tiges présente cependant des in- convénients dans la mesure o ces électrodes souffrent d'une érosion rapide souvent à des vitesses inégales. En conséquence, elles nécessitent un remplacement fréquent. La présente invention a notamment pour objet de fournir un ensemble d'électrodes pour un appareil de perforation par étincelles qui évite ce problème en ne faisant pas usage d'électrode: en forme de tiges. La présente invention a en conséquence pour objet un appareil de perforation par étincelles d'un matériau en feuille comprenant un ensemble d'électrodes rotatif destiné à effectuer la perforation par étincelles du matériau en feuille passant entre les électrodes de l'ensemble et une surface à la masse disposée de façon appropriée, ledit ensemble comprenant un premier jeu d'électrodes annulaires susceptibles d'être reliées à une source d'énergie appropriée, un second jeu d'électrodes annulaires alternées avec, et de plus grand diamètre externe que les élec- trodes du premier jeu, et un matériau diélectrique d'espacement entre lesdites électrodes de façon à former une série de conden- sateurs en parallèle. Le premier jeu d'électrodes peut être en tout matériau approprié, par exemple en acier à ressort, et ces électrodes pré- sentent de préférence des périphéries externes arrondies de façon à éviter le développement de points de contraintes résultant de bords vifs. Chacune des électrodes du premier jeu est de préférence logée dans un anneau de matériau diélectrique et conformée sen- siblement à la manière d'un circlip interne de façon à pouvoir être logée élastiquement facilement dans un renfoncement tourné vers l'intérieur de l'anneau. Les électrodes du second jeu peuvent chacune comprendre 2 2486438 une bague plate de matériau métallique résistant à l'érosion lorsqu'il est soumis à la température d'un arc électrique. Les secondes électrodes peuvent par exemple être constituées d'alliages bien connus pour la fabrication d'électrodes à décharge d'étincelles. Chaque anneau de matériau diélectrique recevant l'une des électrodes du premier jeu peut également présenter des gradins sur une face radiale au voisinage de la périphérie externe pour recevoir une électrode du second jeu de niveau avec le reste de la face. La présente invention a également pour objet un appareil pour effectuer la perforation par étincelles de matériaux en feuille comprenant un rotor comportant un ensemble d'électrodes tel que défini ci-dessus, monté pour tourner autour d'un premier axe, et un rouleau d'appui monté pour tourner autour d'un second axe parallèle audit premier axe et possédant une surface périphérique conductrice, les surfaces périphériques conductrices du rotor et du rouleau d'appui définissant un intervalle de décharge à travers lequel un matériau en feuille peut passer pour être perforé par des étincelles engendrées par l'application d'un potentiel électri- que approprié entre les premières électrodes et la surface périphérique du rouleau d'appui. Différents moyens d'entraînement peuvent être-prévus. Ainsi, soit le rotor, soit le rouleau d'appui peuvent être montés fous en rotation et être entraînés par le contact du matériau en feuille à perforer, tandis que l'autre de ces éléments est entraîné par des moyens d'entraînement distincts. En variante, le rotor et le rouleau d'appui peuvent tous deux être entraînés séparément. Le rotor, ou le rouleau d'appui peut également être avantageusement soumis à une oscillation axiale de telle sorte que la surface périphérique du rouleau d'appui soit érodée de façon uniforme pendant le processus de perforation par étincelles. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en élévation frontale d'un appareil pour effectuer la perforation par étincelles d'un matériau en feuille, La figure 2 est une vue en élévation latérale en coupe schématique selon II-II de la figure 1, La figure 3 est une vue agrandie de la surface désignée par la flèche III de la figure 1, La figure 4 est une vue en plan d'une électrode faisant 3 2486438 partie d'un ensemble d'électrodes selon l'invention, La figure 5 est une vue en élévation latérale selon la ligne V-V de la figure 4, La figure 6 est une vue en plan d'une autre électrode faisant partie de l'ensemble d'électrodes selon l'invention, La figure 7 est une vue en élévation latérale selon la ligne VII-VII de la figure 6, La figure 8 est une vue en plan d'un anneau diélectrique moulé faisant partie de l'ensemble d'électrodes selon l'invention, La figure 9 est une vue en élévation latérale selon la ligne IX-IX de la figure 8, La figure 10 est une vue en élévation latérale schématique d'un dispositif comportant quatre appareils tels que représentés à la figure 1 agencés pour une perforation par étincelles séquentielle d'une bande de papier, La figure Il est une vue en plan selon la ligne X-X de la figure 9, et La figure 12 est une vue en élévation latérale schématique d'un dispositif fonctionnant de façon similaire à celui de la figure 10 mais possédant une configuration différente. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2 du dessin, on voit que l'appareil de perforation par étincelles représenté comprend un bâti 1 portant une paire de supports d'arbre 2 entre lesquels s'étend un arbre fixe 3. L'arbre 3 porte une paire de paliers tubulaires 4 sur lesquels un rotor 5 tourne librement. Le rotor 5 est constitué d'un noyau non conducteur 6 possédant un prolongement 7 formant une poulie autour de laquelle s'étend une courroie 8 depuis une seconde poulie 9 entraînée par un moteur 10. Le noyau 6 porte un manchon conducteur il d'acier ou d'un autre métal approprié. Le manchon il à son tour porte un en- semble d'électrodes 12 qui sera décrit de façon plus détaillée ci-dessous, monté entre deux bagues 13 de matériau diélectrique. Le manchon 11, l'ensemble 12 et les bagues 13 sont retenus en position par une bague d'extrémité 14 et une plaque d'extrémité circulaire 15 qui présentent un diamètre externe quelque peu inférieur à celui de l'ensemble 12. La bague 14 et la plaque d'extrémité 15 sont retenues en position par des vis d'assemblage 17. Un bloc 19 est monté à demeure sur l'arbre 3 au moyen 4 864 38 d'une vis sans tête 18. Le bloc 19 présente un alésage 20 possédant une partie extérieure 2î de diamètre réduit. L'alésage 20 retient un balai en carbone 22 qui est maintenu contre La face externe de la plaque d'extrémité 15 au moyen d'un ressort 23. Le balai 22 présente une connection 24 à une source d'énergie-P fonctionnant, par exemple, à 20 kilovolts. L'ensemble d'électrodes 12 est constitué d'une série d'éléments annulaires de trois types différents, dont trois jeux sont représentés en section agrandie à la figure 3. Chaque jeu comprend une première électrode 27 possédant une face interne plate 28 en contact électrique avec le manchon il et une périphérie extérieure 29 qui est arrondie pour éviter le développement de points de contrainte. L'électrode 27 qui est représentée en totalité aux figures 6 et 7 est constituée de tout métal approprié, par exemple en acier à ressort, et est de préférence fendue à la manière d'un circlip interne, comme en 30, pour permettre l'introduction dans un logement annulaire comme cela sera expliqué ci-dessous. L'électrode 27 est logée dans un anneau 31 de matériau diélectrique, que l'on voit également dans les figures 8 et 9. L'anneau 31 présente un renfoncement à sa face externe 32 de façon à y recevoir l'électrode 27. Chaque anneau présente également un gradin 23 sur une face radiale 34 au voisinage de la périphérie pour recevoir une électrode annulaire plate 35 que l'on voit également aux figures 4 et 5. Le gradin 33 est dimensionné de telle sorte que l'électrode 35 se trouve de niveau avec la face 34 de l'anneau. L'électrode 35 est constituée en un matériau qui est de préférence tel qu'un alliage du type utilisé dans des électrodes à décharge d'étincelles résistant à l'érosion sous les conditions d'arc électrique. L'électrode 35 présente également un diamètre légèrement plus grand que celui de l'anneau 31 pour permettre un degré limité d'érosion. L'anneau 31 est de préférence formé en un matériau de résistance diélectrique élevée, à faibles pertes diélectriques et possédant des caractéristiques faibles d'absorption d'eau. Des matériaux appropriés sont le polytétrafluorethylène, le polyéthylène et le polystyrène. On voit que chaque jeu d'éléments annulaires comprenant les électrodes 27 et 35 et l'anneau diélectrique 31 constitue un condensateur. L'ensemble 12 consiste en conséquence d'une série de condensateurs en parallèle qui peuvent être chargés et déchargés à travers le manchon conducteur 1l et les électrodes 35. On voit 2-486438 à la figure 5 que la charge est effectuée à partir de la source d'énergie P à travers le balai 22 et la plaque d'extrémité 15. Egalement montée sur le bâti 1, se trouve une paire de paliers 40 dans lesquels est tourillonné pour un déplacement limité un arbre 41 parallèle à l'arbre 3. L'arbre 41 comporte une paire de paliers tubulaires 42 sur lesquels est monté fou un arbre creux 43 d'un matériau non conducteur. L'arbre creux 43 porte un rouleau d'appui conducteur 44 constitué par exemple en acier à ressort et possédant une surface périphérique 45 définissant un intervalle 46 avec l'ensemble 12 pour engendrer des étincelles. L'intervalle 46 est normalement réglé à une valeur au voisinage de 250 microns mais est représenté nettement plus grand sur le dessin pour plus de clarté. Le rouleau d'appui 44 est maintenu en alignement avec l'ensemble d'électrodes 12 au moyen d'une paire de blocs 47 fixés à l'aide de vis sans tête 48. L'un des blocs 47 présente un évidement 49 possédant une partie extérieure 50 de diamètre réduit et portant un balai de carbone-51. Le balai 51 est maintenu en contact avec la face latérale du rouleau 44 au moyen d'un ressort 52 et est mis à la terre comme illustré sur le dessin. Le papier 55 à perforer est alimenté entre le rotor 5 et le rouleau d'appui 44 de façon à s'enrouler partiellement autour du rouleau 44. En conséquence, le papier communique une rotation au rouleau lorsqu'il est tiré à travers l'intervalle 46 comme on le voit le mieux dans la figure 2. Une rotation est communiquée au rotor 5 au moyen du moteur 10 dans l'un ou l'autre sens, étant entendu qu'il est seulement nécessaire qu'une rotation permanente dans l'un ou l'autre sens soit maintenue afin que le point auquel les étincelles sont engendrées sur les électrodes 35 change continuellement. Le mouvement du papier 55 à travers l'intervalle 46 tend également à créer un mouvement d'air dans le même sens avec un mouvement constant des ions chargés formant l'étincelle. En conséquence, des perforations excessivement grandes ont tendance à se former. Afin d'agir contre cette tendance, un ventilateur 56 peut avantageusement être prévu et possède une sortie 57 sous la forme d'une fente s'étendant à travers l'intervalle 46 et dirigeant de l'air dans l'intervalle dans un sens opposé au mouvement du papier 55. Les diamètres du rotor 5 et du rouleau d'appui 44 sont 6 2486438 variables en rapport avec le maintien de la rigidité sur la largeur du papier à perforer et dans le cas du rotor le développement d'une capacité suffisante dans l'ensemble d'électrodes. Pour une largeur de papier d'environ 1 mètre, on a trouvé que des diamètres de rotor et de rouleau d'appui d'environ 10 centimètres sont satisfaisants. Un rotor de cette dimension peut également recevoir un ensemble d'électrodes possédant une capacitance individuelle d'électrode de il à 25 picofarads à des pointes de 20 kilovolts et à une fréquence appliquée de 16 kilohertz. Afin de fournir la capacitance nécessaire à l'ensemble 12 pour obtenir la génération satisfaisante d'étincelles, il existe un espacement minimal auquel les électrodes 35 peuvent être réglés par rapport aux électrodes 27 et en conséquence l'une par rapport à l'autre. Cet espacement est quelque peu plus grand que l'espacement désiré des perforations dans le matériau en feuille et afin de perforer complètement le matériau au degré voulu, on peut prévoir une pluralité d'appareils tels que représentés aux figures 1 et 2, en fonction de l'espacement des électrodes 35 et de l'espacement désiré des rangées de perforations. Les figures 10 et 11 représentent un dispositif formé de quatre appareils, mais on comprend qu'un nombre quelconque peut être prévu selon les besoins. En se référant maintenant aux figures 10 et 11, on voit quatre appareils comprenant chacun un rotor 5, un rouleau d'appui 44 ainsi qu'un ventilateur 56, les composants respectifs étant identifiés par les suffixes a, b, c et d. Les quatre appareils sont agencés de façon que l'axe des rouleaux 44 a, b, c, d se trouve selon un trajet courbe. Des rouleaux de guidage 57 sont également prévus de façon que le matériau en feuille, par exemple du papier à cigarettes à perforer, soit tendu autour des rouleaux d'appui et les amène à tourner lorsqu'il est tiré à travers le dispositif. Comme on le voit dans la figure 11, chaque appareil est décalé par rapport à l'appareil suivant, le décalage étant d'un quart de l'espacement entre les électrodes 35. On comprend que lorsque le papier à cigarettes quitte le rouleau d'appui 44 d, il porte des perforations à un espacement d'un quart de l'espacement des électrodes 35. Il est évident que tout autre espacement peut être réalisé en faisant varier le nombre d'appareils prévus. En se référant maintenant à la figure 12, on voit un 7 t2 A 6 3 B dispositif qui fonctionne de manière similaire à celui représenté à la figure 10 mais qui possède une configuration différente. Dans le dispositif représenté à la figure 12, on a prévu seulement deux rouleaux d'appui 44 e et f. Avec la coopération de rouleaux de guidage 58, la feuille 55 est tirée autour des rouleaux d'appui en une configuration en S. On a prévu quatre rotors 5 et quatre ventilateurs 56, dont deux sont montés juxtaposés par rapport à chacun des rouleaux d'appui 44. Dans ce cas, les rotors 5 seulement sont décalés de la façon représentée à la figure 11, les rouleaux 44 e et f étant de longueur légèrement plus grande de façon à permettre le décalage des rotors. On comprend que de nombreuses autres configurations autres que celles des figures 10 et il sont possibles. Ainsi on peut prévoir un seul rouleau d'appui large autour duquel sont disposés un certain nombre de rotors en un agencement de type "soleil et planète". D'autres configurations apparaissent à l'évidence à l'homme de l'art. Dans l'agencement décrit ci-dessus, le matériau en feuilles est tiré à travers l'intervalle entre le rotor et le rouleau d'appui mais, en fonction de l'épaisseur du matériau en feuilles l'intervalle pourrait être réalisé de façon à pincer le matériau et le tirer vers l'avant. REVENDICATIONS 1. Appareil de perforation par étincelles, caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble d'électrodes rotatif pour effectuer la perforation par étincelles d'un matériau en feuille passant entre les électrodes de l'ensemble et une surface à la - masse positionnée de façon appropriée, ledit ensemble d'électrodes comprenant un premier jeu d'électrodes annulaire susceptible d'être relié à une source d'énergie appropriée, un second ensemble d'électrodes annulaires alternées avec et de diamètre externe plus grand que les électrodes du premier jeu, et un matériau électrique entre lesdites électrodes pour former une série de condensateurs en parallèle. 2. Appareil de perforation par étincelles selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes du premier jeu présentent des périphéries externes arrondies. 3. Appareil de perforation par étincelles selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacune des électrodes du premier jeu est logée dans un anneau de matériau diélectrique-et est fendue pour être mise en place élastiquement dans un renfoncement faisant face vers l'intérieur de l'anneau. 4. Appareil de perforation par étincelles selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les électrodes du second jeu comprennent chacune une bague annulaire plate d'un matériau métallique résistant à l'érosion lorsqu'il est soumis à la température d'un arc électrique. 5. Appareil de perforation par étincelles selon la re- vendication 4, caractérisé par le fait que chaque anneau de matériau diélectrique recevant l'une des électrodes du premier jeu présente des gradins sur une face radiale au voisinage de la périphérie externe pour recevoir l'une des électrodes du second jeu de niveau avec le reste de la face. 6. Appareil de perforation par étincelles selon l'une quelconque des revendications-précédentes, caractérisé par le fait que ledit ensemble d'électrodes rotatif est incorporé dans un rotor monté pour tourner autour d'un premier axe, un rouleau d'appui étant monté pour tourner autour d'un second axe parallèle audit premier axe, et possédant une surface périphérique con- ductrice, les surfaces périphériques du rotor et du rouleau d'appui définissant un intervalle de décharge à travers lequel du 2 '86 '38 9 2486438 matériau en feuille peut passer pour être perforé par les étincelles engendrées par l'application d'un potentiel électrique approprié entre la première électrode et la surface périphérique du rouleau d'appui. 7. Appareil de perforation par étincelles selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le rotor ou le rouleau d'appui sont montés fous et sont entraînés par engagement avec le matériau en feuille à perforer tandis que l'autre de ces éléments est entraîné par des moyens d'entraînement séparés. 8. Appareil de perforation par étincelles selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le rotor et le rouleau d'appui sont entraînés séparément. 9. Appareil de perforation par étincelles selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le rotor et le rouleau d'appui sont espacés pour pincer la feuille et l'entraîner vers l'avant. 10. Appareil de perforation par étincelles selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour effectuer l'oscillation axiale du rotor ou du rouleau d'appui.