Brevet FR2571639A1 — publié le 19860418

La présente invention concerne un appareil de soudage par ultrasons. L'appareil de soudage suivant l'invention est notamment utile dans une installation de remplissage de sacs où il permet d'effectuer la fermeture en continu des sacs en matière plastique en soudant leurs bords libres au moyen d'ultrasons Dans une telle installation de remplissage, les sacs sont remplis sous une trémie, puis transportés accrochés sous un convoyeur vers un appareil de soudage qui en soudent les bords libres afin de fermer les sacs. Dans certains cas, le convoyeur arrête chaque sac à fermer devant l'appareil de soudage, mais ce processus ne permet d'atteindre que des cadences moyennes de production. On tend actuellement à prévoir des convoyeurs fonctionnant à vitesse constante, ce qui nécessite que l'appareil de soudage fonctionne en "continu". Les appareils de soudage à fonctionnement continu connus pour ce genre d'installation sont équipés de thermorésistances. Ces appareils sont bien adaptés aux chaînes d'emballages à déplacement continu, mais ils présentent un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, quand les sacs à souder sont des sacs à plis, les soudures réalisées ne sont pas fiables car l'épaisseur du matériau à traiter n'est pas constante. D'autre part, la vitesse de défilement doit rester relativement faible, de l'ordre de 15 m/mn. En cas de fonctionnement à cadence élevée, un poste de refroidissement devient nécessaire ce qui augmente le coût de l'installation. Enfin, il y a des risques de souillure des résistances. Dans le document EP-A-O 092 866, il est prévu un appareil de soudage électronique de films minces comportant une sonotrode, couplée à une générateur d'ultrasons, et une enclume cylindrique pouvant tourner librement autour de son axe. Les films à souder passant entre la sonotrode et l'enclume entrainent celle-ci en rotation. Dans cet appareil, la sonotrode est fixe, aux oscillations ultrasoniques près. Il en résulte que l'appareil est uniquement prévu pour souder des couches de films d'épaisseur constante. Un tel appareil ne peut être utiliser directement pour souder des sacs à plis où l'épaisseur à souder varie du simple au double des bords au centre. Un objet de l'invention consiste à prévoir un appareil de soudage à ultrasons qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus, tout en fonctionnant en continu à cadence élevée Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil de soudage par ultrasons dans lequel la sonotrode est fixe et l'enclume est formée d'une pluralité de petites enclumes montées sur des ressorts les poussant vers la sonotrode, les petites enclumes étant pratiquement jointives. Suivant une autre caractéristique, les petites enclumes sont des billes logées dans des cages d'un bloc, chaque bille étant poussée par un ressort s'appuyant au fond de la cage et chaque bille ayant sa course limitée vers la sonotrode par une butée circulaire. Suivant une autre caractéristique, les petites enclumes sont des billes circulant dans un chemin de guidage bouclé comportant un segment en face de la sonotrode, l'avant du chemin de guidage étant ouvert sur ledit segment, mais limitant la course des billes vers l'avant, le fond du chemin de guidage étant, au moins sur ledit segment, formé d'une pluralité de plaques pratiquement jointives poussées par des ressorts. Suivant une autre caractéristique, les billes sont entraînées en translation dans le chemin de guidage par des moyens moteurs. Suivant une autre caractéristique, des moyens sont prévus pour commander la tension des ressorts. Les caractéristique de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique en plan d'une installation illustrant le soudage d'un sac à plis, la Fig. 2 est une vue schématique en élévation de l'installation de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe d'une enclume suivant l'invention, utilisable dans l'installation de la Fig. 1, la Fig. 4 est une vue en plan de l'enclume de la Fig. 3, la Fig. 5 est une vue schématique en plan d'un autre exemple de réalisation d'enclume, la Fig. 6 est une vue en coupe d'une partie de l'enclume de la Fig. 5, suivant la ligne VI-VI, et la Fig. 7 est une vue en coupe d'une partie de l'enclume de la Fig. 5, suivant la ligne VII-VII. L'installation des Figs. 1 et 2 comprend deux paires de courroies la, lb et 2a, 2b, une sonotrode 3, couplée à un générateur d'ultrasons 4, et une enclume 5. La paire de courroies la, 1B et la paire de courroies 2a, 2b sont réspectivement alignées verticalement. Dans chaque paire, les deux courroies ont des parties adjacentes serrées l'une contre l'autre pour coincer une partie de sac. Les courroies la et 2a sont entraînées par des galets, non montrés, à arbres communs 6a et 7a. De même, les courroies lb et 2b sont entraînées par des galets, non montrés, à arbres communs 6b et 7b. La zone de soudage définie par l'intervalle entre la sonotrode 3 et l'enclume 5 se trouve à une hauteur intermédiaire entre les paires de courroies. Comme le montre la Fig. 1, le sac 8, dont la partie avant du col est déjà entraînée par les courroies, comporte des plis avant 9 et arrière 10, étant entendu que le bas du sac plein est #gonflé. Au niveau des plis 9 et 10, on a quatre épaisseurs à souder ensemble alors que dans la partie centrale 11, il n'y a que deux épaisseurs. L'enclume montrée aux Figs. 3 et 4 permet d'absorber cette différence d'épaisseur tout en assurant un soudage parfait. Cette enclume comprend un corps 12 d'allure sensiblement parallélépipèdique avec, dans l'exemple montré, huit trous 13, parallèles et identiques, qui le traversent de part en part. La face avant 14 du bloc 12, c'est-à-dire la face en regard de la sonotrode, n'est pas entièrement plane, mais comporte un épaulement 15 délimitant une surface plane 16 en retrait de quelques millimètres. Contre la surface 16, se fixe une lame 17 de même épaisseur que le retrait. La lame 17 est percée d'autant de trous 18 que le corps 12, les trous 18 étant coaxiaux avec les trous 13. Chaque trou 13 est de révolution autour d'un axe 19 et comporte un cuvette avant 20, un orifice intermédiaire 21 et un trou taraudé 22 à l'arrière. Le diamètre de la cuvette 20 est nettement supérieur à celui du trou intermédiaire 21. La hauteur de la cuvette 20 est au moins égale à son diamètre. Dans le trou taraudé 22, se visse un bouchon fileté 23 permettant un réglage fin, ce bouchon n'étant pas indispensable. Les trous 18 de la lame 17 sont légèrement coniques, avec un diamètre-diminuant de l'arrière vers l'avant. Le diamètre du cercle, situé le plus à l'avant, est nettement inférieur à celui de la cuvette 20. Dans la cuvette 20, est placée une bille 24 dont le diamètre est, bien sur, inférieur à #celui de la cuvette, mais supérieur à celui des trous 18. Entre la bille 24 et le bout du bouchon 23 est monté un ressort 25 travaillant en compression. Le ressort 25 est maintenu rectiligne par l'orifice intermédiaire 21. Le ressort 25 est plus ou moins comprimé selon que le ressort est plus ou moins vissé dans 22. Il en résulte que la bille 24 est poussée par le ressort 25 vers le trou 18 dont le diamètre est suffisamment grand pour qu'une calotte sphérique de la bille dépasse à l'extérieur. Ainsi, quand le col du sac 8 défile entre la sonotrode fixe 3 et l'enclume 4, les billes 24 reculent dans leurs cuvettes 20 en comprimant les ressorts 25, selon l'épaisseur de matériau à souder. En pratique, selon l'épaisseur maximale à souder, ou la nature du matériau, on peut choisir des diamètres de billes différents et des valeurs de compression de ressort différentes. Pour placer les billes, ou les échanger, il suffit de démonter la lame 17, reliée au corps 12 par des moyens classiques, ce qui donne accès à la cuvette. Dans cet exemple de réalisation, les billes 24 constituent une pluralité de petites enclumes qui sont# emprisonnées dans des cages formées par les cuvettes 20 ayant leur course vers 11 avant limitée par les trous 18 de la lame 17. Bien entendu, on pourrait remplacer les billes par des corps de forme ovolde ou même de forme présentant une surface plane vers l'avant, les bords de cette surface étant toutefois arrondis pour que le matériau à souder ne se coince pas entre deux petites enclumes. Il est cependant préférable d'utiliser des billes, quand cela est possible, étant donné qu'elles sont disponibles sur le marché. La Fig. 5 montre un autre exemple de réalisation d'enclume suivant l'invention. Elle se compose d'une pluralité de billes 26 logées dans un chemin de guidage ayant en plan la forme d'une boucle constituée par deux demi-cercles 27 et 28 dont les extrémités adjacentes sont réunies par des segments de droite 29 et 30, parallèles à la ligne 31 joignant les centres 32 et 33 des demi-cercles. Comme le montre la coupe de la Fig. 6, le chemin de guidage se compose, le long du segment 29, qui est en face de la sonotrode 3 et parallèle à celle-ci, de deux parois horizontales 34 et 35 avec des retours verticaux 36 et 37 dirigés l'un vers l'autre. Les bords des retours 36 et 37 déterminent un intervalle qui est plus étroit que le diamètre des billes 26. Les billes 26 sont poussées contre cet intervalle par des plaques 38 sur lesquelles s'appuient des ressorts 39. Les plaques 38 ont une largeur. inférieure à l'espace entre les parois et une longueur égale au diamètre d'une bille 26 ou à deux fois ce dernier. Ainsi, dans la zone du segment 29, les billes 26 peuvent reculer individuellement ou par deux, le recul étant fonction de l'épaisseur de matériau à souder compris entre l'enclume et la sonotrode. Au lieu des plaques 38 et des ressorts 39, on peut utiliser une plaque en élastomère souple servant de ressort. Les billes 26 peuvent être entraînées simplement par le matériau à souder passant entre l'enclume et la sonotrode. Elles peuvent être aussi entraînées par des roues à picots, telles que 40 et 41 d'axes respectifs 32 et 33. La coupe de la Fig. 7, suivant la ligne Vil-Vil de la Fig. 5, montre les parois 34 et 35 du guide et la roue 40 qui empêche la bille 26 de tomber. Les picots 42 s'intercalent entre deux billes pour les pousser quand la roue est entraînée par un moteur. On peut ainsi faire varier la vitesse relative des billes par rapport à celle du matériau à souder de manière à faire varier les points de soudage sur le matériau. Dans cet exemple de réalisation, les billes sont encore les petites enclumes et le chemin de guidage constitue une cage unique. Bien entendu, en dehors du segment 29, on peut laisser se rejoindre les rebords 36 et 37. A noter encore qu'au lieu de prévoir une sonotrode fixe et une pluralité d'enclumes montées élastiquement, on pourrait prévoir une pluralité de sonotrodes montées élastiquement et une enclume fixe ou une enclume suivant l'invention. La sonotrode pourrait alors avoir une structure semblable aux structures d'enclume qui viennent d'être décrites. Dans l'installation qui vient d'être décrite, on a prévu deux paires de courroies la, lb et 2a, 2b, mais il doit être bien entendu que, dans certains cas, une seule paire de courroies, telles que 2a, 2b, peut suffire. De même, dans certains cas, on peut avoir plus de quatre épaisseurs à souder. A noter que les billes peuvent, pour certaines applications, être remplacées par des rondelles, montées dans un même plan avec leurs axes parallèles. Les surfaces latérales de ces rondelles peuvent être striées. ;Bien entendu, dans ce cas, les cuvettes 20 ont une géométrie adaptée aux rondelles. A noter encore que toute l'enclume peut être montée sur un ressort. Egalement, l'enclume peut être remplacée par une autre sonotrode montée sur ressort. REVENDICATIONS 1) Appareil de soudage par ultrasons caractérisé en ce que la sonotrode (3) est fixe et l'enclume (5) est formée d'une pluralité de petites enclumes (24) montées sur des ressorts (25) les poussant vers la sonotrode (3), les petites enclumes (24) étant pratiquement jointives. 2) Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les petites enclumes sont des billes (24) logées dans des cages (20) d'un bloc (12), chaque bille (24) étant poussée par un ressort (25) s'appuyant au fond (23) de la cage et chaque bille (24) ayant sa course limitée vers la sonotrode (3) par une butée circulaire (17). 3) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les petites enclumes sont des billes (26) circulant dans un chemin de guidage bouclé comportant un segment (29) en face de la sonotrode (3), l'avant du chemin de guidage étant ouvert sur ledit segment (29), mais limitant la course des billes vers l'avant, le fond du chemin de guidage étant, au moins sur ledit segment, formé d'une pluralité de plaques (38) pratiquement jointives poussées par des ressorts (39). 4) Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les billes (26) sont entraînées en translation dans le chemin de guidage par des moyens moteurs. 5) Appareil suivant l'une des revendicati#ons 2 à 3, caractérisé en ce que les billes sont remplacées par des rondelles, les cages ayant une géométrie adaptée, les rondelles étant ou se déplaçant dans un plan perpendiculaire à leurs axes. 6) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des moyens (23) sont prévus pour commander la tension des ressorts (25). 7) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les structures de la sonotrode et de l'enclume sont échangées.