Brevet FR2486447A1 — publié le 19820115

Machine de soudage de feuilles thermoplastiques enroulées. La présente invention concerne le soudage ou scellement des feuilles de matière polymère. Plus précisé- ment, elle concerne un appareil de soudage de couches de feuilles de matière polymère enroulées en spirale autour d'un arbre. On a utilisé différents types d'appareils rotatifs de contact pour traitement biologique des eaux usées, per- mettant l'exposition des organismes à l'air afin que leur croissance soit favorisée et que la digestion des déchets organiques contenus dans l'eau soit améliorée, Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 827 559, 3 894 953, 3 904 525, 3 997 443, 4 083 746 et 4 115 268 décrivent des exemples de tels appareils de contact. Les rotors des appareils de contact sont en général formés par disposition de disques côte à côte -sur un arbre ou par enroulement en spirale d'une feuille ou bande autour d'un arbre, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 115 268. On utilise divers types d'entretoises destinées à maintenir les disques à distance, à séparer les couches spiralées et à accroître la surface de contact. Les entre- toises peuvent être des éléments séparés ou peuvent être solidaires des disques ou de la feuille ou bande enroulée en spirale. Le milieu dans lequel les rotors sont utilisés est très corrosif. En conséquence de ce fait, de la dimen- sion importante des rotors et du grand nombre nécessaire dans les installations de traitement des eaux usées, il est souhaitable qu'ils soient formés d'une matière inerte, ro- buste et peu coûteuse qui puisse facilement être mise en forme et montée lors de la réalisation des rotors. Des matières polymères disponibles dans le commerce telles que le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène sont des exemples qui conviennent. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 4 115 268 précité et 4 083 746 décrivent le thermoformage sous vide de configurations géométriques tridimensionnelles à partir d'une feuille d'un polymère thermoplastique, afin que des entre- toises soient formées dans la feuille, solidairement.de celle- ci, des rotors en forme de disque et des rotors spiralés pou- vant ensuite être formés avec ces feuilles. En particulier, le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique né 4 115 268, colonne 4, ligne 61 à colonne 5 ligne 2, indique que la feuille ou bande enroulée en spirale peut être soudée sur elle-même à l'aide d'une barre de chauffage qui coopère si- multanément avec la spire formie par la feuille inférieure et avec les parties inférieures des coupelles formant les cavités d'une nouvelle spire de matière plastique qui est appliquée. Le brevet indique aussi qu'on peut utiliser un soudage électronique. Cependant, il n'indique pas comrent le scellement ou le soudage peut être réalisé de façon continue et il n'indique pas comment le chauffage peut être effectué uniformément sur de grandessurfacesde feuillesde matière plastique a raccorder partiellement au soudage. L'invention concerne une machine de soudage desti- née a la formation d'un rouleau ou rotor de couches spira- lMes de feuilles d'un polymère thermoplastique, soudées les unes aux autres, la machine comportant un arbre horizontal rotatif destine à porter la feulle de matière polymàre thermoplastique, enroulée en spirale sur elleC-iarL par rotation de l'arbre, un dispositif de chauffage destina A être placé entre une première couche de feuille polymère enroulée en spirale sur l'arbre et une couche anterieurement enroulée sur l'arbre, et à proximité de ces couches, et un disposltif de support du dispositif de chauffage, destiné à se déplacer par rapport à l'axe de l'arbre afin que le dispositif de chauffage puisse rester en position radialement adjacente à une surface du rouleau sur laquelle une autre couche spi- ralée doit être fixée par soudage. Il est souhaitable qu'une partie au moins du dis- positif de chauffage puisse être facilement mise sous forme de segments cylindriques de rayons différents lorsqu'ils sont placés entre les deux feuilles polymère. A cet effet, le dispositif de chauffage peut ne pas être rigide ou être souple. Le dispositif de support peut maintenir un second dispositif de chauffage destiné à être placé à l'extérieur du premier en direction sensiblement parallèle à celui-ci, et entre la première et une seconde couche formée par la feuille polymère, afin que deux couches soient enroulées simultanément. Le dispositif de support du dispositif de chauffa- ge peut comporter un châssis qui peut pivoter à une première extrémité autour d'un axe horizontal parallèle à l'arbre, le dispositif de chauffage étant articulé à l'autre extré- mité. Un dispositif est avantageusement incorporé afin qu'il fasse tourner le châssis vers le haut lorsque le ra- yon d'un rouleau ou rotor formé sur l'arbre augmente. Le dispositif de support peut comprendre un dispo- sitif d'application d'une pression destiné à repousser une feuille chauffée de polymère contre une couche qui se trouve au-dessous afin que la liaison des matières thermoplastiques soit facilitée. Le dispositif destiné à appliquer une pres- sion peut comporter des masses qui appuient par leur propre poids, ou un rouleau commandé de manière analogue. On peut aussi utiliser un dispositif d'application de pression com- mandé par un dispositif moteur. En outre, le dispositif d'application de pression peut comprendre un dispositif destiné à faire varier la surface sur laquelle ce dispositif d'application exerce sa pression sur la feuille chauffée. La machine de soudage est avantageusement munie d'un dispositif mené destiné à faire tourner l'arbre afin que la feuille s'enroule sur le rouleau avec une vitesse li- néaire pratiquement constante. La machine de soudage fonctionne en général au mieux lorsqu'elle comprend un dispositif mené destiné à faire tourner l'arbre et un dispositif de freinage capable d'exercer une force de retenue, en sens opposé a l'enroule- ment d'une feuille polymère sur l'rbre rotatif, par création d'une tension dans la feuille polymère, entre le dispositif de freinage et l'arbre. Le dispositif de freinage peut comprendre deux cylindriques placés en regard ayant des axes parallèles et horizontaux destinés à être en contact avec les faces opposées d'une feuille polymère à enrouler sur l'arbre rotatif, l'un des rouleaux constituant un rou- leau de freinage comportant un dispositif s'opposant à la rotation lorsque la feuille polymère est tirée entre les deux rouleaux. Plus précisément, le rouleau de freinage peut avoir des dents périphériques destinées à coopérer avec la feuille polymère. La machine de soudage comporte avantageusement au moins un rouleau de guidage destiné à aligner la feuille polymère lorsqu'elle est tirée par l'arbre rotatif en vue de son enroulement. La machine doit aussi posséder une ou plusieurs crémaillères destinées à supporter et maintenir un rouleau d'alimentation en feuille thermoplastique qui doit être enroulée en spirale sur l'arbre et soudée. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une élévation latérale d'une ma- chine de soudage selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de la machine de la figure 1, suivant les flèches 2, - la figure 3 est une élévation de la machine, suivant les flèches 3 de la figure 1, - la figure 4 représente un bord d'un dispositif souple de chauffage utilisé dans la machine des figures 1 à 3; - la figure 5 est une vue en plan du dispositif de chauffage de la figure 4, suivant les flèches 5; - la figure 6 est une élévation d'une partie de la figure 3, suivant les flèches 6; - la figure 7 est une élévation latérale des dis- positifs de chauffage et du mécanisme de support de la fi- gure 1; et - la figure 8 est une élévation avec des parties arrachées représentant deux couches de polymère thermoplas- tique enroulées en spirale et soudées l'une à l'autre. Comme indiqué sur les figures 1 à 3, le sol 10 supporte deux rails parallèles et distants 12 et 14 formés de cornières sur lesquels deux paires de rouleaux 16 et 18 peuvent rouler. Les rouleaux 16 et 18 sont montés à la par- tie inférieure d'un bâti 20. Ce dernier se déplace le long des rails 12 et 14 alors que les rouleaux 16 et 18 sont au contact de ceux-ci, sous la commande d'une roue menée 21 (figure 3). Le bâti 20 a des organes inférieurs horizontaux 22 et 24, des pieds 26, des organes horizontaux supérieurs 28 et deux longues colonnes d'extrémité 30 et 32. Une poutre 33 relie le haut des colonnes 30 et 32 et elle porte une plaque horizontale 34. Des mécanismes 35 de levage et de verrouillage soulèvent les rouleaux 18 afin qu'ils ne soient plus au contact des rails 12 et 14 et permettent ainsi la fixation du bâti 20 dans toute position voulue sur les rails. Deux rouleaux 36 et 38 d'alimentation, portant une feuille de matière polymère 40, 42, préalablement formée, sont supportés par des arbres 44 et 46 tourillonnant dans des paliers 48 et 50 fixés à la partie supérieure des or- ganes horizontaux 28. Chaque rouleau 36, 38 peut porter une feuille préalablement mise en forme telle que décrite dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique no 4 115 268, afin qu'un rotor réalisé puisse comprendre plusieurs rouleaux montés sur un arbre l'un près de l'autre. Une telle feuille préalablement mise en forme peut être réalisée par thermo- formage sous vide par mise en oeuvre de l'appareillage dé- crit dans ce brevet ou de toute autre manière. Chacune des feuilles 40 et 42 formées préalablement, comme indiqué sur la figure 8, a des colonnes parallèles adjacentes X de cavités tronconiques 52. Ces dernières, dans les lignes adjacentes Y, sont disposées en oblique les unes par rapport aux autres afin que les lignes Y qui sont perpendiculaires aux colonnes X contiennent des cavités 52 pour une colonne X sur deux. Un rouleau 60 de freinage comportant un frein 62 à disques à commande hydraulique permettant la variation du couple nécessaire à l'entraînement en rotation du rou- leau 60 de freinage, est monté à la partie supérieure des colonnes 30 et 32. La pression de freinage est réglée à une lecture prédéterminée d'un manomètre avant la mise en fonctionnement de l'appareillage. Lorsque celui-ci fonc- tionne, le frein à disques 62 ne nécessite habituellement qu'un réglage supplémentaire faible ou nul, bien qu'il puis- se aussi être réglé hydrauliquement le cas échéant afin qu'il oppose la résistance voulue à l'avance de la feuille 40. Le rouleau 60 de freinage a deux roues dentées 64 et 66 (figure 6) qui sont réglables axialement afin qu'elles soient au contact de la feuille 40, entre des co- lonnes adjacentes X de cavités 52. Les dents des roues 64 et 66 sont directement en prise avec la feuille 40 et em- pêchent son glissement qui pourrait avoir lieu sur des roues à surface lisse étant donné que de nombreux types de feuilles polymères ont une surface glissante. Le rouleau 60 de freinage comporte aussi quatre roues 68 de guidage, réglables axialement et disposées afin qu'elles soient au contact de la feuille 40, entre des co- lonnes adjacentes X de cavités 52. Ces roues 68 de guidage sont au contact des côtés des cavités 52 mais non de la fa- ce inférieure de la feuille supérieure 40. Un rouleau rotatif 70 d'appui tournant librement est supporté par des paliers sur les colonnes 30 et 32. Ce rouleau 70 est place de manière que son axe soit parallèle au rouleau 60 de freinage et que l'emprise des rouleaux 60 et 70 permettent à la feuille 40 de passer en coopérant avec les roues dentées 64 et 66. L'un au moins des deux rou- leaux 60 et 70 peut être monté de façon réglable afin que la valeur de l'emprise puisse varier et permette le traite- ment de feuilles 40 ayant des épaisseurs différentes. Un rouleau 80 de freinage est disposé au-dessus du rouleau 70 d'appui et un rouleau d'appui 90 est placé au- dessus du rouleau 80 de freinage. Ce dernier a deux roues dentées 82 et 84 réglables axialement et analogues aux roues 64 et 66, et quatre roues 86 de guidage analogues aux roues 68. Ce rouleau 80 de freinage est muni d'un frein 88 à com- mande hydraulique, de façon analogue au frein 62 du rouleau 60. L'emprise des rouleaux 80 et 90 qui ont des axes paral- lèles, laisse suffisamment d'espace pour que la feuille 42 puisse passer et pour que les roues dentées 82 et 84 coo- pèrent avec la feuille sans glisser. Il est important que les cavités 52 de la feuille 40 soient décalées d'une distance égaie à la moitié de la largeur comprise entre deux colonnes adjacentes X de cavités 52 de la feuille 42 afin que les fonds des cavités 52 formés dans la feuille 42 soient au contact de la surface supérieure lisse de la feuille 40 et y soient soudés. Cette disposition est indiquée sur la figure 8. L'espacement voulu est obtenu par disposition des roues 82, 84 et 86 du rouleau 80, par rapport à l'axe central Z (figure 6) à un multiple entier de la largeur des colonnes de cavités X, additionnée d'une moi- tié de cette largeur, et par disposition des roues 64, 66 et 68 du rouleau 60, par rapport à l'axe central Z, à une dis- tance égale à un multiple entier de la largeur des colonnes X de cavités. Lorsque les feuilles 40 et 42 sont maintenues à distance conme indiqué, un rouleau ou rotor 100 peut être fabriqué avec des feuilles 40 et 42 de même configuration et de même structure. Une couche sur deux du rotor est formée par une feuille 40, et une couche de la feuille 42 est placée entre deux couches adjacentes de feuilles 40, mais avec un décalage axial comme décrit précédemment. Comme l'indiquent les figures 1 et 2, le châssis 102 de support comporte deux pieds inclinés 104 à chaque ex- trémité, ces pieds étant raccordés aux extrémités inférieures à deux fers en U 106 placés horizontalement. Des fers en U 108 sont disposés entre les extrémités opposées des fers 106. Un pignon 110 entraîné par un moteur est porté par l'un des fers 108. Une base 112 de support est raccordée à la partie supérieure de chaque paire de pieds inclinés 104 et un palier 114 est associé à chaque base 112. Chaque palier porte un arbre court 116 qui dépasse à l'extérieur de l'extrémité fermée d'un tube métallique ou d'une tuyauterie 118 de gran- de dimension sur laquelle les feuilles 40 et 42 sont enrou- lées lorsqidelles sont soudées. Un pignon 120 de grande dimen- sion est monté sur un arbre 116 au-dessus d'un petit pignon et une chaîne sans fin 122 passe autour des deux pignons et transmet l'énergie du petit pignon 110 au grand pignon 120 afin que le tube 118 tourne lentement dans le sens horaire sur la figure 1. Un bras 130 est articulé sur chaque colonne 30, 32 au niveau d'un axe 132. Les extrémités externes des deux bras sont raccordées aux extrémités d'une traverse 134. Une chaîne 136 partant de la colonne 30 passe sur le bras 130 raccordé à cette colonne 30 et limite la descente des bras 130. Un câble métallique 138 est disposé entre une pou- lie 140 portée par la traverse 134 et un tambour 142 monté sur la plaque 34 de support. Le câble 138 s'enroule sur le tambour 142 et s'en déroule lorsque lesbras 130 doivent être soulevés et abaissés. Le tambour 142 est entraîné dans un sens ou dans l'autre par un moteur 144 par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse si bien que les bras 130 sont soulevés lentement lorsque le diamètre du rotor ou rouleau 100 aug- mente. Un capteur non représenté peut être monté au-dessous d'un bras 130 afin qu'il commande le moteur 144 par l'inter- médiaire d'un circuit à relais convenable lorsque le capteur vient au contact du rotor 100, si bien que la distance com- prise entre le rotor 100 et les bras 130 est maintenue à une valeur uniforme lorsque le diamètre du rotor augmente. Une plaque 250 ayant deux fentes 152 et 154 en J dépasse sous l'extrémité externe de chaque bras 130. Un dis- positif 156 de chauffage est suspendu par une tuyauterie 158 ayant ses extrémités logées dans les deux fentes 152. Un second dispositif 160 de chauffage identique au dispositif 156 est suspendu de manière analogue dans les deux fentes 154. Le dispositif 156 est placé sur la surface du rotor, sous la feuille 140 qui est appliquée à celui-ci, et le dis- positif 160 est placé entre les deux feuilles 40 et 42 qui sont enroulées et soudées l'une à l'autre et sont soudées au rotor 100. Comme indiqué sur les figures 4 et 5, chaque dispo- sitif 156, 160 de chauffage a une face métallique lisse 164 et une face ondulée 166 ou à rigoles, les deux faces étant raccordées l'une à l'autre aux deux extrémités. Une tuyau- terie 158 est reliée à un premier bord du dispositif de chauffage par des plaques 168 et 170 qui sont maintenues l'une contre l'autre par des boulons 172. Un long et mince élément 174 de chauffage par résistance se loge dans chaque rigole ou ondulation de la face 166. Un fil d'alimentation électrique part de chaque extrémité de chaque élément 174 de chauffage et il est disposé de manière qu'il se loge dans un conduit protecteur disposé autour des extrémités de la tuyauterie 1.58 afin que les fils soient ainsi reliés au circuit d'alimentation électrique. Les surfaces externes de chaque dispositif 156, 160 de chauffage sont revêtues de polytétrafluoréthylène ("Teflon") afin qu'elles ne puissent pas coller aux feuilles chauffées 40 et 42 et au rotor 100. Les dispositifs 156 et 160 de chauffage ont une température réglable afin que la quantité de chaleur suffise pour que les surfaces des fonds des cavités 52 deviennent plastiques ou fondues et collantes afin que, lorsque du con- tact avec la feuille placée au-dessous, elles collent ferme- ment et soient soudées après refroidissement à une tempéra- ture de solidification. La souplesse des dispositifs 156 et de chauffage, due à la face ondulée 166,permet à chaque dispositif de chauffage de prendre une forme qui correspond à celle de la surface cylindrique du rotor 100 et de la par- tie des feuilles 40 et 42 qui sont enroulées en spirale, même lorsque le rayon du rotor augmente. Bien que les figures représentent la face ondulée 166 placée vers le haut ou l'ex- térieur, il est parfois souhaitable et souvent préférable que ce soit la face lisse 164 qui soit tournée vers le haut afin qu'elle forme une surface lisse sur laquelle les fonds des cavités 52 puissent glisser. Chaque dispositif 156 et de chauffage peut être retourné facilement afin que l'une ou l'autre des faces 164 et 166 se trouve vers le haut. Un bras 180 est articulé sur chacune des plaques 150 par un axe 182. Une cornière 184 dépasse du bras et est raccordée aux extrémités externes des deux bras 180. Un câble 186 est raccordé à une première extrémité à l'organe 184 et à l'autre extrémité il est enroulé sur un tambour 188 commandé manuellement, bien qu'il puisse aussi être entraîné par un moteur. Une série de quatre lourdes barres métalliques 190 disposées parallèlement les unes aux autres, est raccordée de manière souple par des maillons de chaîne (figure 7). Deux courts tronçons de chaîne 192 partent des barres ex- ternes 190 vers chaque extrémité des bras 180. Lorsque le tambour 188 tourne afin que le câble 186 s'enroule sur lui, les bras 180 se soulèvent progressivement et soulèvent suc- cessivement les barres 190 qui ne viennent plus appuyer sur les feuilles 40 et 42 en cours de soudage ou scellement. Lorsqu'il est souhaitable que la pression soit appliquée sur une grande surface, les bras 180 sont évidemment abaissés afin qu'une plus grande partie des barres 190 soit au con- tact d'une plus grande surface des feuilles enroulées sur un rotor 100. Bien que les dessins représentent l'enroulement simultané en spirale de deux feuilles 40 et 42 sur un rotor, l'invention s'applique aussi à l'enroulement d'une seule feuille à un moment donné, pourvu que cette feuille unique n'ait pas de cavités ou configurations tridimensionnelles en surface pouvant empêcher cet enroulement, les cavités ne devant par exemple pas se loger les unes dans les autres pendant l'enroulement. Lors de l'enroulement d'une seule feuille, un seul dispositif 156 de chauffage, ainsi qu'un seul rouleau d'appui et un seul rouleau de freinage sont né- cessaires. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVEND ICAT IONS 1. Machine de soudage par chauffage de feuilles d'un polymère thermoplastique destinées à former un rouleau de couches enroulées en spirale, ladite machine étant caracté- risée en ce qu'elle comprend un arbre horizontal rotatif (118) destiné à re- cevoir une matière en feuille d'un polymère thermoplastique enrouléeen spirale sur l'arbre, par rotation de celui-ci, un dispositif de chauffage (15.6) destiné à être placé entre une première couche de la feuille enroulée en spirale sur l'arbre et une couche précédente enroulée sur l'arbre, le dispositif de chauffage étant adjacent à ces deux couches, et un dispositif de support (130, 134, 150) du dispo- sitif de chauffage, mobile par rapport à l'axe de l'arbre afin que le dispositif de chauffage puisse rester, en direc- tion radiale, à proximité d'une surface du rouleau sur le- quel une autre couche doit être fixée par chauffage. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie au moins du dispositif de chauffage (156) peut facilement prendre la forme de segments de cylindre, ayant différents rayons, lorsque le dispositif de chauffa- ge est placé entre les deux couches formées par la feuille. 3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de support (130, 134, 150) a un second dispositif de chauffage (160) placé à l'extérieur du pre- mier dispositif de chauffage (156) mais sensiblement paral- lèle à ce dernier, ce second dispositif de chauffage étant destiné à être placé entre la première couche de feuilles et une seconde couche. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de support (130, 134, 150) comprend un dispositif d'application de pression (190) qui peut appuyer une feuille polymère chauffée contre une couche placée au- dessous afin que leur liaison thermoplastique soit facilitée. 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif mené (122) destiné à faire tourner l'arbre afin que la feuille s'enroule sur le rouleau avec une vitesse linéaire sensiblement constante. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de support (130, 134, 150) comprend un châssis (130, 134) articulé à une première extrémité sur un axe horizontal parallèle à l'arbre (118) et portant le dis- positif de chauffage (156) qui est articulé à son extrémité. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (138, 142) destiné à fai- re pivoter le châssis vers le haut lorsque le rayon d'un rouleau formé sur l'arbre augmente. 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif mené destiné à faire tour- ner l'arbre (118) et un dispositif de freinage (60, 70) ca- pable d'appliquer une force de retenue s'opposant à l'enrou- lement d'une-feuille sur l'arbre rotatif, par création d'une tension dans la feuille du polymère, entre le dispositif de freinage et l'arbre. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif de freinage (60, 70) comporte deux rou- leaux placés en regard et ayant des axes horizontaux parallè- les, ces rouleaux étant destinés à être au contact des faces opposées d'une feuille polymère à enrouler sur l'arbre rota- tif, l'un des rouleaux formant un rouleau de freinage com- prenant des dispositifs s'opposant à la rotation lorsque la feuille polymère est tirée entre les deux rouleaux. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que le rouleau de freinage (60) a des dents périphériques destinées à coopérer avec la feuille polymère. 11. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un rouleau (70) de guidage des- tiné à aligner la feuille polymère lorsqu'elle est tirée par l'arbre rotatif en vue de son enroulement. 12. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des rails (12, 14) destinés à supporter et maintenir un rouleau d'alimentation en feuille de poly- mère thermoplastique qui doit être enroulée sur l'arbre et soudée à elle-même.