Brevet FR2567792A1 — publié le 19860124

-1 - L'invention se rapporte au découpage de ban- des de matières en feuille en mouvement et elle se rap- porte plus particulièrement au découpage d'une bande en défilement continu en une pluralité de feuilles séparées. Il est connu de découper une bande de papier continue ou équivalent qui défile longitudinalement en feuilles séparées au moyen d'un cylindre rotatif qui s'étend transversalement au trajet de défilement de la feuille et qui porte une lame unique s'étendant dans la direction axiale et destinée à venir couper la bande. On utilise habituellement deux cylindres rotatifs de ce genre, disposés de part et d'autre de la bande, les lames tournant l'un en sens inverse de l'autre coopé- rant pour effectuer la coupe. Jusqu'à présent, chaque cylindre rotatif était fréquemment construit, soit sous la forme d'une pièce métallique massive, soit, en variante, sous la forme d'un tube métallique à paroi épaisse et possédant un alésage axial et une paroi intérieure dépourvue d'appui. Il est souhaitable de réduire les forces d'i- nertie mises en jeu, en particulier dans le cas o l'on utilise des entraînements à vitesse variable pour les cylindres de coupe. Les brevets des E.U.A. précités dé- crivent des dispositifs qui réduisent l'inertie. Ces dispositifs utilisent un cylindre de coupe rotatif à paroi mince et qui est monté concentriquement sur un noyau cylindrique massif fixe formant arbre, d'une construction lourde. Dans le brevet des E.U.A. n 3 683 734, une pluralité de roulements annulaires dis- posés entre le cylindre et le noyau servent non seule- ment à faciliter la rotation du cylindre mais également à donner appui à la paroi mince du cylindre pour l'em- pêcher de se déformer sous l'action des forces radiales développées dans la coupe. D'autres principes d'appui sont également décrits dans ces brevets. -2-- On a observé que, lorsqu'on prévoit des sup- ports métalliques entre les cylindres et les noyaux mas- sifs d'un dispositif à deux cylindres, il se produit un phénomène inhabituel pendant les opérations de décou- page de bande à grande vitesse telles que celles qui exigent une vitesse de rotation du cylindre de coupe de 150 à 300 tr/mn. Ce phénomène consiste en une réso- nance à haute fréquence analogue à un son de cloche ou de corde à piano: Ce son est accompagnée de coupes in- complètes ou déchiquetées de la bande en défilement. On a constaté que l'accroissement du recouvrement entre les lames coupantes contribue à surmonter les défauts de coupe mais que les lames sont alors sujettes à une usure plus rapide et que la résonance n'a pas été éli- minée. Aux vitesses relativement basses des cylindres de coupe, il ne se produit pas de résonance ni de coupes incomplètes. Au contraire, ces phénomènes commencent brusquement au moment o la vitesse d'entraînement at- teint un certain niveau. Le but de la présente invention est d'appor- ter une solution aux problèmes précités constitués par la résonance indésirable et par les défauts de coupe, tout en permettant en même temps aux lames de conserver leur recouvrement normal et tout en conservant la faible inertie des cylindres' de coupe. La présente invention est basée sur la décou- verte des origines du problème et sur le développement d'une solution de ce problème. En étudiant le problème, la demanderesse est parvenue à la conclusion que, au moment o les lames opposées se rejoignent pour exécuter une coupe unique de la bande, il se crée une force radiale dirigée vers l'intérieur, non seulement sur le cylindre-de coupe mince mais également, par l'intermédiaire des roulements -5- intermédiaires, sur l'arbre porteur intérieur massif. Ceci provoque de petites distorsions à court terme, non seulement du cylindre mais également de l'arbre porteur. Lorsqu'on exécute plusieurs coupes successives, l'arbre subit une série de forces génératrices de déformations. Si cette série de forces successives se manifestent à une fréquence proche de la fréquence de résonance de l'ensemble, l'amplitude des déformations croit. Ayant conclu que la résonance indésirable éma- nait de l'arbre porteur massif, la demanderesse a étudié le principe de la résonance naturelle du cylindre de coupe, de l'arbre porteur massif et de l'ensemble des deux. La fréquence de résonance d'un corps soumis à des vibrations est proportionnelle à la masse du corps selon la formule suivante: I rf o rf est la fréquence de résonance et M est la masse. La masse du cylindre de coupe à paroi mince est relativement faible et ce cylindre possède donc une fréquence de résonance relativement élevée et supérieure à la fréquence de coupe. La masse de l'arbre porteur massif est relativement grande, ce qui se traduit par une fréquence propre beaucoup plus basse pour l'ensemble composé du cylindre de coupe et de l'arbre porteur, cette fréquence étant proche de la fréquence des défor- mations provoquées par les coupes successives. On a montré que ceci était la cause du bruit de résonance qui se produit pendant la coupe rapide. Aux faibles vitesses de rotation des cylin- dres de coupe, chaque déformation individuelle résul- tant d'une coupe unique était d'une faible amplitude et était suffisamment amortie par les pertes naturelles qui se produisent pendant la rotation avant que les lames ne se rejoignent pour la coupe suivante. Au con- -4- traire, lorsqu'on faisait croître la vitesse de rotation, la fréquence des déformations s'accroissait à un point tel qu'il se manifestait dans l'arbre une combinaison d'oscillations radiales et torsionnelles se traduisant par des vibrations turbulentes dans l'arbre. Ces vibra- tions n'étaient pas suffisamment amorties entre deux coupes successives à haute fréquence. On a estimé que ceci n'était pas seulement la cause du bruit de réso- nance mais également la cause du fait que les lames cou- pantes ne se rejoignaient pas correctement pour assurer une coupe propre de la bande. Après avoir ainsi découvert les causes du bruit de résonance et des défauts de coupe qui se mani- festent pendant le travail à grande vitesse, la demande- resse a trouvé la solution du problème. D'une façon générale, selon les divers aspects de l'invention, on a constaté que l'on pouvait réduire le bruit de résonance à un minimum en faisant cro!tre la fréquence de résonance ou fréquence propre de l'en- semble du cylindre et l'arbre porteur pour la porter à une valeur supérieure à la fréquence de coupe, ce qu'on obtient en diminuant sensiblement la masse de l'arbre porteur. En outre, on a observé que l'on pouvait sensi- blement éliminer les coupes déchiquetées en amortissant l'amplitude des vibrations de l'arbre porteur pendant les coupes à haute vitesse, de façon que les vibrations provoquées par chacune des coupes successives soient isolées de celles des autres coupes et ne se combinent pas avec celles-ci dans l'arbre pour faire varier l'a- lignementdes lames. Plus précisément, l'arbre porteur est formé d'un corps possédant une paroi cylindrique non perforée ayant approximativement l'épaisseur de la paroi mince du cylindre de coupe. La paroi cylindrique de l'arbre porteur est fermée à ses deux extrémités pour former -5- une cavité cylindrique ininterrompue qui s'étend d'un bout à l'autre de la paroi cylindrique. En outre, la ca- vité de l'arbre porteur est remplie d'une matière semi- fluide amortissant les vibrations qui n'est pas fixée solidairement aux parois de la cavité et qui ne s'intè- gre donc pas à la masse de l'arbre porteur. Les dessins annexés illustrent le mode ac- tuellement considéré comme le meilleur par la demande- resse pour la mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 est une représentation schéma- tique d'un dispositif destiné à découper des feuilles séparées successivement dans une bande continue en dé- filement; la figure 2 est une vue en bout à plus grande échelle montrant le découpage de la bande au moyen d'une paire de cylindres de coupe; la figure 3 est une vue schématique en plan de dessus de la bande, qui montre l'orientation d'un cylindre de coupe; et la figure 4 est une vue schématique transver- sale à la bande en défilement et qui montre un disposi- tif de découpage de bande construit conformément aux divers aspects de l'invention. Les figures 1 à 3 illustrent schématiquement le principe général du découpage de feuilles séparées successives dans une bande continue de matière en feuille 1 en défilement. Des cylindres de coupe supé- rieur et inférieur, 2 et 3 respectivement, entraînés en rotation, sont disposés transversalement à la bande 1, les cylindres portant sur leur surface des lames s'étendant axialement, 4 et 5 respectivement. Les lames 4 et 5 forment un petit angle avec l'axe de leurs cy- lindres, dans une disposition hélicoïdale. Pour compen- ser cette inclinaison, de manière que le trajet de -6- coupe soit exactement perpendiculaire au trajet de la bande, les cylindres 4 et 5 sont légèrement en biais, comme représenté sur la figure 3. Lorsque les cylindres tournent l'un en sens inverse de l'autre, les lames 4 et 5 se rapprochent l'une de l'autre légèrement avant d'atteindre le point mort, ainsi qu'on l'a représenté en traits continus sur la figure 2. Ensuite, elles entrent en contact et découpent la bande avec un effet de cisaillement, comme représenté en lignes tiretées. La figure 1 représente une bande qui est ache- minée en continu, d'une bobine débitrice 6 de papier, carton ou équivalent, en traversant une zone de pince- ment 7, à un poste de découpage 8 formé par les cylin- dres 2 et 3. Les lames 4 et 5 découpent la bande 1 en feuilles 9 successives qui sont ensuite déchargées à travers une autre zone de pincement 10. La figure 4 illustre une machine qui applique les principes de l'invention et comprend un bâti Il ser- vant à supporter les divers éléments au-dessus du sol. Deux arbres cylindriques 12 et 15, respectivement supé- rieur et inférieur, sont montés fixes parallèlement au bâti 11, et la bande 1 est disposée entre ces arbres. Des cylindres de coupe 2 et 3 sont montés concentrique- ment sur leurs arbres respectifs 12 et 13 pour former une paire de dispositifs de coupe et ces cylindres com- prennent des manchons tubulaires creux de forme allon- gée. On voit que les cylindres 2 et 3 portent des lames de découpage de la bande, 4 et 5 respectivement. Les deux cylindres sont espacés de leurs arbres respectifs et leur rotation autour de ces arbres est facilitée par des moyens d'appui interposés entre les cylindres et les arbres. Dans la présente forme de réalisation, les moyens d'appui comprennent une pluralité de roulements intérieurs annulaires 14 espacés axialement, qui servent -7- à supporter partiellement les tubes à paroi mince en leur permettant de résister aux forces orientées radia- lement vers l'intérieur pendant le découpage de la bande. Des garnitures d'étanchéité annulaires 15 et 16 ferment une extrémité de l'espace compris entre les cylindres porte-lames et les arbres. Des roues dentées de synchronisation 17 et 18 sont montées à serrage sur les autres extrémités des cylindres 2 et 3 respectivement et fixées à ces cylin- dres, par exemple par des soudures 19 et 20. Les roues dentées 17 et 18 tournent sur des paliers ou roulements correspondants 21 et 22 montés sur des parties d'extrémi- tés de leurs arbres respectifs, 12 et 13 et ces roues sont représentées en prise entre elles. Des moyens mo- teurs sont prévus pour faire tourner des cylindres 2 et 3 pour découper la bande 1. Ces moyens sont représentés sur la figure 4 sous la forme de moteurs séparés à vi- tesse variable, 23 et 24 respectivement, qui sont com- mandés de n'importe quelle façon bien connue. Ainsi qu'on l'a déjà décrit plus haut à pro- pos des arbres porteurs massifs, aux grandes vitesses de rotation des cylindres 2 et 3, les arbres émettaient un bruit de résonance indésirable et les lames 3 et 4 exécutaient des coupes incomplètes. Dans ces construe- tions de la technique antérieure, et conformément à la I formule précitée rf-J, la fréquence de résonance de l'ensemble tendait malheureusement à être placée très près de la fréquence de coupe, en raison de la grande masse des arbres. En outre, les lames 4 et 5 donnaient des coupes irrégulières en raison des vibra- tions irrégulières que les arbres subissaient pendant le découpage à haute fréquence. Selon les divers aspects de l'invention, les -8- arbres porteurs 12 et 13 sont construits chacun de ma- nière à constituer des moyens capables d'élever la fré- quence de résonance de l'ensemble de coupe. Pour cela, et comme on l'a indiqué en se reportant à l'arbre de coupe 12, on réduit la masse de l'arbre en réalisant un cylindre 35 à paroi mince, dont la paroi est non perfo- rée. Des bouchons 26, 27 sont fixés à joint étanche dans les extrémités du cylindre 25. Le bouchon 26 est repré- senté fixé rigidement au bâti 11, par exemple par des soudures 28. Le bouchon 27 est décolleté et passe à travers le palier ou roulement 21 pour se fixer au bâti 11, par exemple, par des soudures 29. La construction résultante donne naissance à une grande cavité 30, en- tièrement fermée, qui s'étend sans interruption d'une extrémité à l'autre du cylindre 25, entre les bouchons 26 et 27. La construction de l'arbre 13 est représentée identioue à celle de l'arbre 12. En construisant les arbres 12 et 13 de la fa- çon décrite, on réduit sensiblement leur masse, ce qui entraîne un accroissement résultant de leur fréquence de résonance. La fréquence de résonance de chaque en- semble arbre et cylindre porte-lame est donc plus éle- vée que la fréquence des vibrations créées par la lame de cet ensemble pendant le découpage à grande vitesse de feuilles successives 9 et les effets de rzsonance sont réduits à un minimum. On a constaté que, par exemple, avec une fré- quence de coupe des lames 4, 5 d'environ 6 Hz et une masse de l'arbre 12, 13 du type selon l'invention d'en- viron 730 kg, la fréquence de résonance de l'arbre est d'environ 50 Hz. En outre, selon les divers aspects de l'in- vention, des moyens sont prévus pour amortir l'amplitude des vibrations oscillatoires des arbres porteurs de -9- faible masse 12, 13 pendant le découpage à grande vi- tesse à un point tel qu'une vibration engendrée à l'ins- tant de chaque coupe soit sensiblement entièrement dis- parue avant l'exécution de la coupe suivante. A cet ef- fet, chaque cavité 30 est entièrement remplie d'une ma- tière amortisseuse semi-fluide, semi-solide 31 qui n'est pas fixée à l'arbre porteur 12 ou 13 correspondant et qui est mécaniquement indépendante ou libre de cet ar- bre et qui, de cette façon, n'affecte pas considérable- ment la masse de l'arbre ni sa fréquence de résonance. Cette matière amortisseuse peut être composée, par exemple, de sable ou d'une combinaison de grenaille de plomb et d'une huile visqueuse épaisse qui absorbe l'é- nergie des vibrations déformantes pour les empêcher de se combiner. Le résultat est que ceci évite que les ar- bres 12 et 13 ne se déforment et que les lames 4 et 5 ne s'écartent, de sorte qu'on obtient des coupes pro- pres, en particulier aux grandes vitesses de rotation de l'ordre de 150 à 300 tr/mn (nécessaires pour donner la fréquence de coupe spécifiée). Pour assembler les arbres 12 et 13, on fixe un bouchon 26 dans cet arbre, on redresse l'arbre ver- ticalement et on verse la matière amortisseuse 31 dans l'extrémité supérieure ouverte, on fixe le bouchon 27 à l'extrémité supérieure pour enfermer la matière 31 à joint étanche et, ensuite, on montre l'arbre dans le bâti 11. Bien que les principes de l'invention semblent relativement simples, ils apportent une grande amélio- ration dans le fonctionnement des dispositifs de décou- page de bandes du type décrit dans les brevets précités et ils résolvent les problèmes de bruit de résonance et de défauts de coupe. -10- - REVENDICATIONS - I - Dispositif destiné à découper une plurali- té de feuilles individuelles successives dans une bande de matière continue en défilement longitudinal, caracté- risé en ce qu'il comprend: (a) un bâti (11); (b) deux cylindres de coupe tubulaires allon- gés (2, 5) portant sur leur paroi des lames (4, 5) pou- vant coopérer entre elles pour découper la bande (1); (c) des arbres porteurs (12, 13) -disposés con- centriquement dans lesdits cylindres de coupe et fixés rigidement audit bâti. (d) des moyens d'appui (14) disposés à l'inté- rieur desdits cylindres de coupe et qui relient mécani- quement ces cylindres auxdits arbres (12, 13); (e) et des moyens (17, 18, 25, 24) servant à entraîner lesdits cylindres de coupe en rotation à une vitesse de rotation qui donne une fréquence de coupe donnée, en produisant ainsi, à l'instant de chaque coupe exécutée par lesdites lames, des vibrations qui sont transmises auxdits arbres (12, 13); (f) chacun desdits arbres porteurs (12, 13) comprenant un cylindre (25) à paroi mince non perforée, fermé à ses extrémités, et qui forme intérieurement une grande cavité fermée s'étendant d'une extrémité à l'au- tre, de sorte que la fréquence de résonance de chaque ensemble composé d'un arbre porteur et d'un cylindre de coupe est portée à un maximum par rapport à ladite fré- quence de coupe. 2 - Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens (31) disposés à l'intérieur de ladite cavité et dépourvus de fixation par rapport audit arbre porteur (12, 13), et mécanique- ment libres de cet arbre, pour amortir l'amplitude des vibrations de coupe de manière que les vibrations des -11 - coupes successives soient isolées les unes des autres. 3 - Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que lesdits moyens d'amortissement de l'amplitude comprennent une matière semi-fluide ou coulante semi-solide (31). 4 - Dispositif selon la revendication 39 ca- ractérisé en ce que lesdits moyens (31) d'amortissement de l'amplitude comprennent du sable. - Dispositif selon la revendication 39 ca- ractérisé en ce que lesdits moyens (31) d'amortissement de l'amplitude comprennent une combinaison de grenaille de plomb et d'huile visqueuse épaisse. 6 - Dispositif selon la revendication 1,9 ca- ractérisé en ce que la masse dudit arbre porteur (12, 13) donne à cet arbre une fréquence de résonance répon - dant à la formule: i rf (fréquence de résonance) J r-(masse) 8 (masse) qui est plus élevée que ladite fréquence de coupe. -0zC '7 - Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que ladite fréquence de coupe est d'en- viron 6 Hz, ladite masse est d'environ 730 kg et ladite fréquence de résonance est d'environ 50 Hz.