Brevet FR2567794A1 — publié le 19860124

La présente invention se rapporte au découpage de matières en feuille et elle concerne plus particuliè- rement le découpage d'ouvertures d'une configuration choisie dans des feuilles de papier, de pellicule métal- lique, ou de matière thermoplastique. Dans la fabrication des sacs à poignées en ma- tière thermoplastique du type comprenant des ouvertures alignées, adjacentes au bord supérieur et ménagées dans chacun des deux panneaux opposés du sac, il est classi- que de former les ouvertures en utilisant un outil à poinçon et une matrice qui applique une force de cisail- lement le long de la ligne de découpage voulue. Bien que des outils à poinçon et matrice présentent des performan- ces satisfaisantes, la durée de vie des arêtes tranchan- tes est relativement brève, en particulier dans le cas des feuilles thermoplastiques, ce qui exige un remplace- ment fréquent des outils affûtés. A titre illustratif, les machines actuelles de fabrication des sacs à poi- gnées, qui peuvent être conçues pour produire des sacs à une cadence de 100 à 135 sacs par minute dans une seule ligne, exigent évidemment la même cadence de fonctionne- ment des outils. A cette cadence, il se produit une dété- rioration rapide des outils. En outre, pendant le temps o les arêtes tranchantes perdent leur affûtage et comp- te tenu du fait que les matières thermoplastiques du ty- pe utilisé pour la fabrication des sacs opposent un haut degré de résistance au découpage, les bords de la décou- pe peuvent être déformés et présenter un aspect indésira- ble. La solution de la présente invention s'écarte des pratiques actuelles connues par une opération consis- tant à traverser la feuille, placée au-dessus ou au-des- sous d'une arête tranchante de couteau, en un ou plu- sieurs point(s), au moyen d'un tas rigide qui entre en contact tangentiel avec l'arête tranchante du couteau. Au moment de l'établissement du contact, la feuille est 2 2567794 percée au point de tangence et la pression de contact en- tre le tas et le couteau reste maintenue au moins jus- qu'à ce que toute l'arête tranchante du couteau ait été parcourue par le tas. Au cours de l'excursion du tas le long de l'arête tranchante du couteau, une partie de la feuille, qui correspond à la forme du couteau, est décou- pée et séparée de la feuille. Une caractéristique fondamentale de la présente invention consiste donc à découper la matière en feuille en traversant la feuille en un ou plusieurs point(s) o une structure de tas entre en contact tangentiel sous pression avec l'arête tranchante d'un couteau et en dé- plaçant progressivement le tas le long de l'arête tran- chante du couteau pour effectuer le découpage de la feuille. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue en élévation, en partie en coupe, du nouveau dispositif construit selon la pré- sente invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un sac typique, habituellement appelé sac à bord ondulé, muni de trous de passage de la main à proximité de ses bords supérieurs; la figure 3 est une vue en plan qui montre une bande allongée de matière en feuille qui a été divisée en deux bandes de matière en feuille, la ligne de sépara- tion présentant la forme d'une sinusoïde; la figure 4 montre les bandes de matière en feuille représentées sur la figure 3 décalées d'une dis- tance telle que les crêtes et creux des deux bandes soient alignés et elle illustre la présence de trous de passage de la main dans une partie de crête du bord supé- rieur d'un sac à réaliser; les figures 5A et 5B représentent un tas de for- me conique coopérant avec un couteau circulaire pour pro- duire un trou circulaire dans la feuille thermoplasti- que; les figures 6A et 6B représentent le tas asso- cié au couteau formé pour produire des trous de passage de la main présentant la forme d'un croissant; les figures 7A et 7B montrent le tas coopérant avec une structure de couteau pour produire une coupe le long d'une arête tranchante de couteau présentant la for- me illustrée par les lignes interrompues définissant un trajet fermé; et la figure 8 représente une forme modifiée du dispositif de découpage dans laquelle le tas de forme conique est rapproché par l'électro-aimant du couteau fixe disposé au-dessous sous l'action d'un électro-ai- mant. La figure 1 représente la disposition générale du nouveau dispositif de découpage selon l'invention,qui est désigné dans son ensemble par la référence 10. Bien que la description de la forme préférée de construction de la présente invention soit donnée à propos de son uti- lisation en combinaison avec une machine destinée à pro- duire des sacs thermoplastiques, il va de soi que les principes de découpage décrits ici sont généralement ap- plicables au découpage de minces feuilles ou pellicules de papier, de métal ou de matière thermoplastique. Le dispositif de découpage comprend un carter supérieur 12 et un carter inférieur 14 aligné sur le premier. Une ban- de allongée de matière en feuille 16 est disposée dans l'intervalle 18 entre le carter supérieur et le carter inférieur. Lorsque le nouveau mécanisme de coupe selon la présente invention est monté dans une machine de fa- brication de sacs en matière thermoplastique et coordon- né avec le fonctionnement de cette machine, la feuille 16 est avancée de façon intermittente entre les carters et, pendant sa période de repos ou d'arrêt, le mécanisme de coupe est mis en action de manière à découper la par- tie de la feuille qui se trouve dans la région de projec- tion des éléments de coupe qui seront décrits ci-après. Le carter supérieur 12 comprend un corps tubu- laire 20 et un bouchon ou un bloc 22 fixé rigidement au corps 20. Le bloc 22 porte, libre en rotation, au moyen de paliers 24, un arbre 26 dont l'extrémité supérieure porte une poulie 28 clavetée sur cet arbre et qui est en- traînée en rotation par une courroie 30 entraînée elle- même par un moteur (non représenté). Un bottier pendant 32 en forme de cloche est venu d'une seule pièce avec l'arbre 26. Cette cloche présente un alésage 34 formé le long d'un axe Y-Y qui forme un angle d'inclinaison avec l'axe X-X de l'arbre 26. Un arbre 38 en porte-à-faux est monté rotatif dans la cloche 32 au moyen de paliers 36 et porte un tas 40, fixé rigidement à son extrémité infé- rieure et qui revêt la forme d'un cône aplati dont le sommet est indiqué par la référence 42. On remarquera que le sommet 42 est placé à l'intersection de l'axe ima- ginaire Y-Y et de l'axe imaginaire X-X. Du fait de cette disposition, la rotation de l'arbre 26 imprime un mouve- ment orbital à la cloche 32 et au tas 40 en forme de cô- ne aplati cependant que le sommet 42, qui se trouve sur i'axe X-X de l'arbre 26, reste fixe. En d'autres termes, le sommet 42 ne décrit pas une trajectoire circulaire. Le carter inférieur comprend un corps tubulaire extérieur 44 et un corps tubulaire intérieur 46, concen- trique au premier et fermé à son extrémité inférieure par une plaque annulaire 48, laquelle présente un trou central fileté destiné à recevoir l'extrémité filetée 50 d'un actionneur linéaire à fluide 52. L'actionneur est fixé solidement et serré sur la plaque 48 par un écrou de blocage 54. La tige de sortie 56 de l'actionneur 52 est vis- sée en 58 dans une platine porte-couteau 60 en forme de 2567794 godet, qui comprend une partie creuse 62 et un rebord su- périeur porte-couteau 64. La partie creuse 62 est munie d'une ouverture 66 ménagée dans sa paroi circonférentiel- le 68. Le rebord 64 de fixation ou de retenue du cou- teau porte un couteau tubulaire 70 de configuration dési- rée quelconque (figure 6B ou figure 7B), dont l'arête su- périeure est chanfreinée ou meulée de manière à former une arête tranchante affûtée 72 qui, ainsi qu'on va l'ex- pliquer, coopère avec le tas 60 pour découper un trou dans la partie de la feuille située dans la ligne de pro- jection de l'arête 72. Selon la présente invention, le tas 40 et le couteau 70 constituent des moyens destinés à traverser les matières en feuille 16 lorsque l'actionneur 52 fait monter le couteau. Lorsqu'on fait monter le couteau de telle manière que son arête tranchante 72 entre en con- tact avec le tas incliné 60, un point de la feuille est traversé puisque l'orientation inclinée du tas définit un point de tangence. Il convient de reconnaître qu'on reste dans le domaine de la présente invention en utili- sant un ou plusieurs rouleau(x) dont les axes de rota- tion peuvent être perpendiculaires à l'axe de l'arbre 26 pour créer de cette façon un point de contact initial qui se déplace le long de l'arête tranchante 72 du cou- teau et effectuer le découpage d'un trou d'une certaine forme dans la matière en feuille 16. L'objectif fondamen- tal de la présente invention est donc de découper une ou- verture dans une matière en feuille flexible en traver- sant la matière en un point de tangence compris entre un tas et une arête tranchante, et en faisant avancer pro- gressivement le point de contact sur toute la longueur de cette arête tranchante. Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 1, le carter inférieur 14 comprend une plaque 74 présentant une ouverture 76, qui peut être circulaire ou d'une con- 6 2567794 figuration analogue à la configuration du couteau telle qu'elle est représentée sur les figures 6B et 7B. En tout cas, l'ouverture 76 est suffisamment grande pour donner passage avec dégagement de manière à permettre au couteau de se rapprocher du tas et d'entrer en contact avec ce dernier en réponse à l'actionnement de l'action- neur linéaire 52. Etant donné qu'on prévoit que la feuil- le 16 est maintenue sous tension pendant sa progression sur le dispositif de découpage 10, l'élévation du cou- teau 70 augmente légèrement la tension de la feuille lorsqu'on établit le contact avec le tas 40. Toutefois, lorsque le point de contact entre le tas 40 et l'arête tranchante 72 du couteau progresse sur toute la périphé- rie de cette arête 72, il se produit une certaine déten- te de la tension au fur et à mesure que le point de cou- pe progresse le long de l'arête tranchante 72. La figure 2 illustre un type de sac en matière thermoplastique, appelé communément "sac à bord ondulé" qui est désigné dans son ensemble par la référence 78. On observera que le sac 78 est muni de trous 80 de passa- ge de la main dans chacun des panneaux opposes (non re- présentés) et que les trous 80 sont adjacents à la par- tie curviligne ou supérieure 82 du sac. La figure 3 montre la partie d'une bande de ma- tière en feuille 16 de forme allongée qui a été divisée sensiblement le long de sa médiane longitudinale, le long d'une ligne de division sinusoïdale 84, pour produi- re deux bandes de matière en feuille W-1 et W-2. Ensui- te, on dispose les bandes de matière en feuille, soit en avançant une bande, soit en retardant l'autre, de maniè- re qu'elles prennent l'orientation représentée sur la fi- gure 4. Il convient de remarquer en particulier que les bandes de matière en feuille sont orientées de telle ma- nière que les parties supérieures 82 des sacs correspon- dants soient alignées transversalement et à recouvrement entre elles de manière à permettre au dispositif de dé- coupage 10 de produire le trou 80 de passage de la main dans chaque futur sac lors de l'opération de découpage et de soudage le long d'une ligne transversale 86. On peut également voir que, à chaque cycle de la machine, on produit deux sacs, un dans chaque bande de feuille W-1 et W-2. Pour la description des autres détails d'une machine à sacs destinée à produire la ligne de sépara- tion sinusoïdale 84 et aligner les bandes de feuille com- me représenté sur la figure 4, on peut se reporter à la demande de brevet belge, série n 212 638, déposée le 27 Mars 1984 au nom de la demanderesse. Les figures 5A et 5B représentent schématique- ment le fonctionnement du dispositif de découpage combi- né à une arête de couteau circulaire 72 pour produire un trou rond tel que le trou 80 dans le sac 78. Il sera évi- dent que, aussi longtemps que l'arête 72 du couteau se trouve dans la zone de projection du tas 40 et que le sommet 42 du tas se trouve dans le périmètre de l'arête du couteau, quelle que soit la forme de cette arête, un contact tangentiel initial qui traverse la feuille et progresse le long de la périphérie de la lame détermine le découpage d'une diversité de formes. Les figures 6A et 6B illustrent le fonctionne- ment du dispositif de découpage au moyen d'un couteau possédant une configuration qui suit le contour indiqué en 72a. Il y a lieu de remarquer que le sommet 42 est re- présenté par les lignes sécantes situées à l'intérieur de la périphérie de la forme 72a de la figure 6B. Le tas, lorsqu'il est mis en rotation, progresse-à partir de son point de contact en parcourant l'arête 72a du cou- teau jusqu'à ce qu'on ait obtenu une ouverture possédant la configuration représentée. Les figures 7A et 7B montrent une forme modi- fiée de l'arête tranchante 72b qui revêt sensiblement la forme de deux bords rectilignes dont les extrémités sont raccordées l'une à l'autre par des demi-cercles. Il con- 8 2567794 vient de remarquer que le sommet 42 du tas 40 est situé dans les limites de la périphérie 72b mais qu'il est ex- centré par rapport à l'intersection des axes de symétrie de cette périphérie. On obtient un découpage exécuté de la façon décrite dans le présent mémoire puisque la sur- face du tas 40 suit l'arête supérieure du couteau 72b pour définir une ouverture possédant la forme représen- tée. Bien que la forme de réalisation de la présente invention qui a été décrite ci-dessus fasse avancer le couteau 72 vers le tas 40 pour effectuer le découpage de la feuille, on peut également réaliser le découpage en rapprochant le tas 40 du couteau 70 et en le mettant en contact avec ce dernier. Un exemple de construction qui présente ce mode de fonctionnement est illustré sur la figure 8, sur laquelle les éléments analogues sont dési- gnés par les mêmes numéros de référence. Pour rapprocher ou éloigner le tas 40 du-couteau 70, un électro-aimant 88 comporte une armature reliée à un levier 90, lequel est articulé en 92 sur un élément fixe (non représenté) du bâti et en 94 sur une barre ou tige 96 définissant un prolongement de l'arbre 26. Pour permettre le mouvement alternatif vertical de l'arbre 26 et imprimer cependant un couple à la poulie 28, l'arbre 26 est muni d'une can- nelure dans une partie située à l'intérieur d'un manchon cannelé 98. L'arbre 26 est monté coulissant dans des fer- rures fixes 100. Pour ajuster la pression de contact en- tre le tas 40 et le couteau 70, des ressorts 102 montés entre les ferrures 100 et des bagues réglables 104 sont combinés à l'arbre 96. Dans cette construction, lorsque l'électro-aimant 88 est excité, en déplaçant la barre 96 vers le bas, une partie de la force de sortie de l'élec- tro-aimant est absorbée ou contrariée par le ressort 102 qui peut être réglé par déplacement de sa bague 104 cor- respondante pour engendrer entre le tas 40 et le couteau la pression de contact qu'on estime capable d'asssu- rer le découpage désiré. Conformément à la pratique actuelle, les dé- chets qui résultent de la formation de l'ouverture dans la feuille sont évacués par un tuyau 106 raccordé à la cavité ou ouverture 66. Le tuyau est raccordé de la fa- çon classique à une source de vide et à un récipient ap- proprié pour accumuler les déchets. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. 2567794 R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif pour découper une ouverture d'une configuration non linéaire choisie dans une matiè- re en feuille mince, caractérisé en ce qu'il comprend un couteau (70) présentant une arête tranchante (72) conte- nue dans un plan et conformée de manière à définir ladi- te configuration choisie; des moyens (40) destinés à en- trer tangentiellement en contact avec l'arête tranchante avec une force suffisante pour traverser une feuille (16) placée contre l'arête tranchante (72); et des moyens (20 à 38) servant à déplacer les moyens (40) coo- pérant avec l'arête tranchante (72) en translation le long de cette arête, au moins jusqu'au point o s'est produite la mise en contact initiale. 2 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits moyens d'entrée en contact tan- gentiel (40) comprennent un tas (40) possédant une surfa- ce courbe qui définit ce contact tangentiel avec l'arête tranchante (70). 3 - Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens servant à dépla- cer le couteau (70) pour l'appliquer à force contre le- dit tas (40). 4 - Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens servant à dépla- cer le tas (40) pour l'appliquer à force contre ledit couteau (70). - Dispositif pour découper une ouverture pos- sédant une configuration non linéaire dans une matière en feuille mince, caractérisé en ce qu'il comprend un support (60) mobile en translation alternative, qui por- te un couteau (70), ledit support étant placé étroite- ment adjacent à une bande de matière en feuille, un sup- port fixe (12) placé dans l'alignement du support mobile (60) et de l'autre côté de la matière en feuille, ledit support fixe (12) portant libre en rotation un arbre com- posite comprenant une partie (26) qui tourne autour d'un axe (X-X) perpendiculaire à la matière en feuille et une autre partie (32) dont l'axe de symétrie (Y-Y) forme un angle aigu avec l'axe (X-X) de ladite première partie (26), ladite autre partie (32) dudit arbre composite sup- portant, libre en rotation, un tas (40) présentant la forme d'un cône aplati dont le sommet (42) coincide avec l'intersection des axes (X-X et Y-Y) de l'arbre composi- te, des moyens (28, 30) servant à faire tourner ledit ar- bre composite et des moyens (52) servant à déplacer le support (60) mobile en translation alternative pour éta- blir le contact entre le couteau (70) et le tas (40). 6 - Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le sommet (42) du tas (40) est placé et maintenu d'un côté de l'arête tranchante (72) du couteau (70). 7 - Procédé pour découper une matière en feuil- le le long d'un trajet fermé, qui peut être circulaire ou posséder des parties linéaires et des parties non li- néaires, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consis- te à placer la feuille (16) sur une arête tranchante af- fûtée (72) qui présente la configuration choisie, à per- cer la feuille (16) en un point de l'arête tranchante af- fûtée (72) en établissant un contact tangentiel sous pression avec un tas rigide (40), et à progresser le long de cette arête tranchante affûtée (72) avec le tas (40) au moins jusqu'au point o la feuille (16) a été percée initialement, pour découper de cette façon la feuille (16) selon un dessin défini par l'arête tranchan- te (72). 8 - Procédé pour découper dans une matière en feuille une ouverture possédant une forme périphérique définie par une arête tranchante, qui combine des seg- ments linéaires et des segments non linéaires ou qui com- prend un trajet circulaire, ledit procédé étant caractë- 12 2567794 risé en ce qu'il consiste à positionner la feuille (16) sur l'arête tranchante (72); à traverser la feuille (16) au moyen d'un tas rigide (40) qui forme un contact ponctuel avec l'arête tranchante (72); et à déplacer progressivement le point de contact le long de l'arête tranchante (72) pour produire de cette façon une ouvertu- re qui présente un bord découpé périphérique correspon- dant à la configuration de l'arête tranchante.