Brevet FR2619339A1 — publié le 19890217

"Procédé et dispositif pour le rainage de films de matière plastique par ultra-sons" La présente invention concerne un procédé pour le rainage de films de matière plastique rigide ou semi-rigide telle que le PVC et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Certains produits du commerce étant conditionnés dans des emballages parallélépipédiques entièrement transparents ou présentant une ou plusieurs fenêtres s'étendant sur plus d'une face, il est nécessaire de rainer le film de matière plastique en vue de faciliter son pliage lors de la mise en forme de l'emballage. Actuellement, ce rainage est réalisé de plusieurs façon différentes dont aucune ne donne entièrement satisfaction. C'est ainsi qu'il est courant d'utiliser des molettes- chauffantes dont les bords ont des sections transversales complémentaires s'interpéné- trant et entre lesquelles on fait défiler la partie à plier du film. L'inconvé- nient de cette solution est que le préformage à chaud du pli lui confère une trop grande raideur. En outre, l'inertie thermique des molettes, d'une part, interdit tout arrêt ou pause qui entraînerait une trop grande fusion, voire une détérioration du film et, d'autre part, retarde la mise en route de Itinstal lation en raison du temps nécessaire à leur échauffement. On utilise aussi des molettes semi-perforantes qui présentent l'inconvénient de créer un pli inesthétique et éliminent totalement toute possibilité d'obtenir un emballage étanche. On sait utiliser la haute fréquence pour réaliser des opérations de soudage entre des feuilles de matière plastique, mais son fonctionnement, obligatoirement discontinu, interdit son application au rainage continu. On sait aussi utiliser les ultra-sons pour réaliser des opérations de soudage entre des feuilles de matière plastique, en les prenant en sandwich entre une partie inférieure plane, lisse et fixe ou enclume et une partie supérieure vibrante ou sonotrode couplée à un générateur d'ultra-sons. Dans cette application des ultra-sons, les vibrations de la sonotrode la font partiellement pénétrer dans l'épaisseur du film de matière plastique au contact duquel elle se trouve en créant un échaufement moléculaire qui provoque la fusion et, par suite, le soudage entre eux des deux films de matière plastique. Au cours de cette opération de soudage, les deux films sont fixe entre l'enclume et la sonotrode. Or, un des objectifs de l'invention est de réaliser un rainage de film de matière plastique en continu pour pouvoir intégrer le dispositif pour sa mise en oeuvre dans une machine fonctionnant en continu. A cet effet, le procédé qu'elle concerne consiste à faire défiler, en continu, chaque ligne du film de matière plastique le long de laquelle doit être pratiqué un rainage entre une sonotrode vibrante dont la section transversale est déterminée par la forme désirée du pli et une enclume fixe, la fréquence et l'amplitude des vibrations de la sonotrode étant déterminées en fonction de la nature, de l'épaisseur et de la vitesse de défilement du film, en vue d'obtenir son ramollissement et son amincissement mais non sa fusion. Il faut noter que les vibrations de la sonotrode non seulement entraînent l'échauffement de la matière plastique propre à la ramollir mais, en outre, permet son défilement, en continu. Le profil de la section transversale de la sonotrode est déterminé par la largeur désirée du rainage et, généralement, la sonotrode présente, dans sa partie active, une section transversale en forme d'arête arrondie. On obtient ainsi, en continu, un pli esthétique, sans rupture de matière. Dans les emballages en carton ou similaire comportant des fenêtres transparentes qui s'étendent sur plus d'une face et dans lesquels, par conséquent, le film doit présenter, d'une part, au moins un pli correspodant à une arête de l'emballage et, d'autre part, une épaisseur relativement importante lui conférant la résistance mécanique nécessaire à sa fonction. La superposition du film et du carton engendrée par la présence de la bordure de collage du film à la périphérie de la découpe de la fenêtre doit être évitée au droit des lignes de pliage sous peine de provoquer la déchirure du carton dans cette zone, lors de la mise en forme de ltembal- lage. A cet effet, on découpe, dans le carton ou dans le film, des encoches en V qui évitent cette superposition le long des lignes de pliage. Il en résulte nécessairement qu'au fond de chaque encoche en V est créée une ouverture qui s'oppose à l'étanchéité de cet emballage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lorsqu'il est destiné à constituer l'élément de fermeture d'une fenêtre d'un emballage en matière non transparente telle qu'en carton, à chaque extrémité de chaque ligne de pliage de ce film transparent, c'est-à-dire dans la partie marginale du film recouverte par le bord de la fenêtre, on réalise, par ultra-sons, un ramollissement et un amincissement du film sur une largeur plus importante que celle du rainage et, de préférence, suivant un profil triangulaire. Cette partie amincie et ramollie du film peut alors être superposée au flan en carton ou similaire, à la périphérie de la fenêtre, sans constituer une gêne au pliage, lors de la mise en forme de l'emballage. Dans ce cas, la sonotrode présente une partie active possédant une forme plane du profil désiré, rectangulaire ou triangulaire. Cette partie active plane est avantageusement aménagée sur un bossage d'épaisseur inférieure à celle du film traité dont les bords chanfreinés se raccordent à une partie en forme de secteur cylindrique. La forme arrondie des bords de la sonotrode, qu'elle soit en forme d'arête ou de bossage plan, présente l'avantage d'éliminer pratiquement totalement les risques de formation, le long des bords de l'amincissement recherché, d'un bourrelet qui contrarierait les effets de cet amincissement. Naturellement, la position et la forme du ramollissement et de l'amincissement du film aux extrémités des lignes de rainage interdisent leur réalisation à la continue. Pour cette raison, en amont et en aval du poste où cette opération est réalisée, il est prévu des boucles de compensation équipées de rouleaux tendeurs permettant d'absorber les temps d'arrêt du film à ce poste. Chaque enclume associée à une sonotrode possède avantageusement un élément chauffant permettant d'accélérer l'échauffement du film par la sonotrode et, par conséquent, d'accélérer la vitesse d'exécution des opérations. Cependant, de préférence, à cet élément chauffant est associé un capteur de température, lui-même associé à un organe de contrôle de l'alimentation de l'élément chauffant. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, la sonotrode est refroidie de manière à compenser les calories qu'elle est susceptible de recevoir du film de matière plastique. Ce refroidissement peut, par exemple, être obtenu par un flux d'air soufflé en continu ou en discontinu. Un matière plastique en film convenant particulièrement bien à la réalisation de ce procédé est le PVC ou le polyester. De toute façon, l'invention sera bien comprise, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé: Figures I et 2 sont des vues, respectivement de côté en élévation et en coupe suivant Il-Il de figure 1, montrant le dispositif dans sa forme d'exécution la plus simple Figure 3 est une vue de côté en élévation d'une machine pour le rainage et la découpe, dans un film de matière plastique transparente, de plaques destinées à constituer les fenêtres d'emballages mixtes en carton et matière plastique transparente et pour le positionnement et l'assemblage de ces plaques aux flans de carton prédécoupés et prérainés Figures 4 et 5 sont, à échelle agrandie, des vues partielles similaires à figure 2 illustrant, respectivement, l'action de la sonotrode sur le film de matière plastique et le résultat de cette action Figure 6 est une vue partielle en perspective montrant une forme particulière de sonotrode pour la réalisation d'une zone d'amincissement de la matière plastique Figure 7 est une vue en' plan montrant les différentes phases de fabrication des plaques transparentes à partir d'un film de matière plastique transparente Figures 8 et 9 sont des vues partielles en coupe transversale montrant le comportement du flan en carton et du film de matière plastique dans les zones de pliage où elles sont superposées, respectivement avant et après mise en forme de l'emballage. Comme indiqué précédemment, le procédé de l'invention vise à permettre la réalisation, en continu, de lignes de rainage dans un film de matière plastique semi-souple ou semi-rigide telle que du PVC, destiné à constituer des emballages transparents ou seulement des éléments de fermeture de fenêtre dans des emballages en carton ou similaire dans lesquels la fenêtre recouvre plus d'une face de l'emballage. Dans ce cas, l'élément transparent de fermeture de la fenêtre doit évidemment comporter au moins une ligne de pliage. Le procédé selon l'invention consiste à faire défiler le film de matière plastique 2 dans le sens de la flèche 3 entre une partie inférieure fixe ou enclume 4 et une partie supérieure vibrante ou sonotrode 5 couplée à un générateur d'ultra-sons non représenté sur le dessin. Les vibrations de la sonotrode 5 la font partiellement pénétrer dans l'épaisseur du film de matière plastique 2 en créant, dans ce dernier, un échauffement moléculaire qui provoque son ramollissement, mais non Sa fusion. A et effet, la fréquence des vibrations de la sonotrode 5 et l'amplitude sont déterminées en fonction de la nature du film 2, de son épaisseur et de sa vitesse de défilement. Comme le montre la figure 2, la partie active de l'enclume 4, c'est-à-dire sa base supérieure 4a est rigoureusement plane, tandis que la partie active de la sonotrode 5, c'est-à-dire sont bord inférieur Sa, présente une section transversale en arête arrondie facilitant sa pénétration dans la matière du film 2 sans risque de la découper. Pour obtenir une meilleure homogénéité du ramollissement du film 2, il est prévu, dans l'enclume 4, un élément chauffant logé dans un évidement cylindrique 6 ménagé dans l'enclume 4 parallèlement à sa face supérieure 4a au contact de laquelle défile le film 2, élément chauffant auquel est associé un thermostat de régulation destiné à limiter l'échauffement de l'enclume 4 et qui est lui-même logé dans un second évidement cylindrique 7 parallèle à l'évidement 6 et à la face 4a de l'enclume 4. Le thermostat, logé dans l'évidement 7 a donc pour rôle de limiter l'échauffement de l'enclume 4 à une valeur maximale pour éviter tout risque de fusion de la matière plastique constituant le film 2. Pour des films en polychlorure de vinyl dont l'épaisseur est comprise entre 200 et 4top, la fréquence de vibrations est comprise entre 20 et 80 KHZ, l'amplitude des vibrations est comprise entre 10 et 100p et la vitesse de défilement du film 2 est comprise entre 0 et 60 m/mn ; l'enclume 4 est avantageusement chauffée à une température de l'ordre de 40 C. Si, par exemple, le film 2 a une épaisseur de 250u et les vibrations de la sonotrode 5 une fréquence de 40 KHZ, l'amplitude des vibrations est de 60p pour une vitesse de 60 m/mn et de 48p pour une vitesse de défilement de 10 m/mn. Il faut noter que les vibrations de la sonotrode 5 permettent le rainage du film 2 en continu, puisqu'elles autorisent le déplacement de ce film dans le sens illustré par la flèche 3, par exemple entre un rouleau d'alimentation et un rouleau d'appel non représentés sur le dessin. Cette possibilité de réaliser le rainage du film 2 en continu permet d'installer le dispositif des figures 1 et 2 du côté alimentation en plaques ou éléments transparent d'une machine pour l'assemblage de ces plaques et des flans en carton destinés à la fabrication d'emballages mixtes, c'est-à-dire d'emballages en carton munis de fenêtres transparentes. Ce dispositif 8 est alors installé à l'entrée de cette machine comme cela ressort de l'examen de la figure 3. Le film 2 est stocké sur un rouleau d'alimentation 9 et il est appelé par un ensemble de trois rouleaux 11, 12, 13 entre lesquels il est tiré pour pénétrer dans l'entrée de la machine de positionnement et d'emballage des éléments transparents de fermeture des fenêtres d'emballages et des flans en carton constituant ces emballages. Cette machine est destinée à la fabrication d'emballages mixtes dans lesquels la fenêtre considérée s'étend sur trois parois aux faces adjacentes de l'emballage et chaque élément transparent de fermeture de la fenêtre de cet emballage doit donc comporter deux lignes de rainage parallèles destinées à être mises en coïncidence avec les lignes de rainage correspondantes du flan en carton auquel cet élément transparent doit être assemblé. Le dispositif 8 comprend donc deux sonotrodes 5 à chacune desquelles est associée une enclume 4 conforme à celle illustrée sur les figures 1 et 2. Ces deux sonotrodes 5 et enclume 4 sont décalées longitudinalement de manière à pouvoir réaliser, quel que soit leur écartement, deux lignes de rainage 14 et 15 le long du film 2 qui défile entre elles, sans être gênées par leur encombrement. En effet, grâce à cette disposition, L'interne valle entre les deux lignes de rainage 14 et 15 peut être choisi à n'importe quelle valeur désirée et quel que soit l'encombrement transversal des enclumes 4 et sonotrodes 5. En aval des rouleaux d'appel 11, 12, 13 du film 2, c'est-à-dire à l'entrée de la machine de positionnement et d'assemblage des éléments transparents de fermeture de fenêtres aux flans en carton, il est prévuides moyens de découpe transversales du film 2 pour permettre la distribution, indépendamment les uns des autres, des éléments de fermeture de fenêtres. La figure 7 montre les différentes phases de transformation du film 2 sur lequel sont réalisées les lignes de rainage 14 et 15 avant que ne soit séparé chaque élément transparent 2a de fermeture d'une fenêtre d'un emballage. Dans l'exemple illustré schématiquement sur la figure 3, les moyens de séparation des éléments 2a sont constitués par un couteau transversal 16 porté par un cylindre 17 auquel est associé un sabot ou contre couteau 18.Au moment de sa séparation de la partie amont du film 2, chaque élément transparent 2a est engagé sur un cylindre aspirant 19 qui le dépose de manière connue en soi sur un tapis transporteur 21 sur lequel a été préalablement déposé un flan en carton 22 provenant des magasins d'alimentation 23 à la sortie desquels les flans 22 reçoivent, sur le bord périphérique interne de leurs fenêtres, une couche de colle déposée par un rouleau encolleur 24. Comme on le sait dans ce type d'emballage, la superposition du carton et du film de matière plastique est obligatoire à la périphérie de la fenêtre correspondante, puisque cette superposition résulte de la marge nécessaire à la fixation, par collage, de l'élément transparent 2a à la face interne du bord périphérique de la fenêtre découpée dans le flan correspondant 22. On sait également que cette superposition est à éviter au droit des lignes de rainage car, lors de la mise en forme de l'emballage en raison de la raideur nécessaire de la matière plastique constituant l'élément 2a, cette superposition provoque l'éclatement ou la déchirure du pli du carton. On évite généralement cette superposition en réalisant des encoches en V soit dans les éléments transparents 2a, soit dans les flans en carton 22. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque élément transparent 2a est ramolli et aminci à chaque extrémité de chaque ligne de rainage 14 et 15 et sur une longueur correspondant sensiblement à la largeur de la marge de collage. On conçoit aisément que ce ramollissement et cet amincissement de la matière plastique constituant chaque élément transparent 2a éliminent la raideur qui, jusqu'à présent, provoquait l'éclatement du pli du carton lors de la mise en forme de l'emballage. La figure 4 montre l'action d'une sonotrode 5' destinée à réaliser un amincissement 25 à chaque extrémité de chaque ligne de rainage 14 et 15. La figure 5 montre cette zone amincie 25 dans le film 2, après action de la sonotrode 5'. Comme le montre la figure 4, la section transversale de la partie active de cette sonotrode 5' est arrondie et a un rayon beaucoup plus important que la sonotrode 5 servant à la réalisation des lignes de rainage 14 et 15. Il a été indiqué précédemment que, dans la technique antérieure selon laquelle il était nécessaire d'effectuer la superposition du flan en carton et de l'élément transparent 2a de fermeture des fenêtres 2 au droit d'une ligne de pliage, il était généralement pratiqué des encoches en V. Cette technique avait pour inconvénient de créer, dans le fond de l'encoche, un orifice éliminant toute possibilité d'obtenir un emballage de ce type étanche. Avec le procédé selon l'invention, l'amincissement de la matière plastique en 25, c'est-à-dire à chaque extrémité de chaque ligne de rainage 14 et 15, peut évidemment être réalisé avec un périmètre quelconque mais il est évident qu'une forme triangulaire, telle qu'illustrée sur la figure 7, convient parfaitement. Dans ce cas, la partie active 5'a de la sonotrode 5' présente avantageusement une surface plane triangulaire correspondant à la surface souhaitée de l'amincissement 25. Par ailleurs, pour éliminer toute formation intempestive d'un bourrelet à sa périphérie, cette partie active 5'a est avantageusement reliée au corps de la sonotrode 5'a par un chanfrein 5'b et le corps de la sonotrode 5' présente avantageusement une section transversale en arc de cercle. L'examen de la figure 7 montre que les zones d'amincissement 25 de l'une des extrémités des lignes de rainage 14 et 15 d'un élément 2a sont, avant séparation de cet élément du film 2, adjacentes aux zones d'amincissement 25 des autres extrémités des lignes de rainage 14 et 15 de l'élément 2a adjacent. Pour cette raison, ces zones d'amincissement 25 sont réalisées simultanément à l'aide de deux sonotrodes 5' dont les parties actives S'a ont non pas une forme triangulaire mais une forme de losange, comme montré en 25' sur la figure 7, le long des lignes de rainage 14 et 15 réalisées sur le film 2, avant séparation des éléments transparents 2a. Les figures 8 et 9 illustrent parfaitement le comportement de la zone d'amincissement 25 réalisée à chaque extrémité de chaque ligne de rainage 14 et 15: la superposition de la matière constituant l'élément transparent 2a et du flan en carton 22 au droit d'une ligne de pliage 26 du flan en carton 22 ne gêne aucunement ce pliage. La figure 9 montre qu'effectivement, l'amincissement 25 du film 2 à l'intérieur de la ligne de pliage 26 permet son plissement, comme montré en 27, puisque cet amincissement lui a éliminé toute raideur. Il a été indiqué précédemment que les lignes de rainage 14 et 15 étaient réalisées en continu sur le film 2, c'est-à-dire pendant le défilement de ce dernier entre les enclumes 4 et les sonotrodes 5. On conçoit aisément que les zones d'amincissement 25' ne peuvent pas être réalisées en continu et qu'il est donc indispensable qu'entre les enclumes 4' et les sonotrodes 5', le film 2 s'arrête pendant le temps de réalisation de ces zones 25'. Pour permettre cet arrêt, il est prévu, en amont et en aval des enclumes 4' et sonotrodes 5', d'une part, un cylindre à fonctionnement discontinu 28 et, d'autre part, deux boucles tampons 29 et 31 du film 2. A cet effet, à la sortie des enclumes 4' et sonotrodes 5', est prévu un rouleau 32 et, entre ce rouleau et le cylindre 28, un rouleau contre-poids 33 mobile verticalement et permettant, par ses déplacements verticaux, la modification de la longueur de la boucle 29 et, par là, la compensation des temps d'arrêt du rouleau moteur 28. De la même manière, pour la formation de la boucle tampon 21 située en aval des enclumes 4' et sonotrodes 5', il est prévu deux rouleaux 34 et 35 situés, respectivement, en amont et en aval de la boucle 31 et un rouleau contre-poids 36, mobile verticalement et permettant de compenser les arrêts du film 2 entre les rouleaux 28 et 34, sans nécessiter l'arrêt des rouleaux d'appel 11,12,13 disposés à l'entrée de la machine de positionnement et d'assemblage des flans en carton 22 et éléments transparents 2a. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le rainage de films de matière plastique, caractérisé en ce qu'il consiste à faire défiler, en continu, chaque ligne du film de matière plastique (2) le long de laquelle doit être pratiqué un rainage entre une sonotrode vibrante (5) dont la section transversale est déterminée par la forme désirée du pli et une enclume fixe (4), la fréquence et l'amplitude des vibrations de la sonotrode (5) étant déterminées en fonction de la nature, de l'épaisseur et de la vitesse de défilement du film (2), en vue d'obtenir son ramollissement et son amincissement mais non sa fusion. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le film de matière plastique est transparent et est destiné à constituer l'élément de fermeture de la fenêtre s'étendant sur au moins deux parois d'un emballage en carton ou similaire, à chaque extrémité de chaque ligne de pliage (14,15) de ce film transparent (2), c'est-à-dire dans la partie marginale du film recouverte par le bord de la fenêtre, on réalise, par ultra-sons, un ramollissement et un amincissement du film sur une largeur plus importante que celle du rainage et. de préférence, suivant un profil triangulaire (25). 3.- Procédé selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque le film (2) est en PVC et présente une épaisseur comprise entre 200 et 400p, la fréquence des vibrations de la sonotrode (5) est comprise entre 20 et 80 KHZ, l'amplitude de ces vibrations est comprise entre 10 et 100p et la vitesse de défilement du film (2) est comprise entre 0 et 60 m/mn. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la sonotrode (5) présente, dans Sa partie active (5a), une section transversale en forme d'arête arrondie. 5.- Dispositif pour la mise en eouvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sonotrode (5') présente une partie active (5'a) possédant une forme plane du profil désiré, rectangulaire ou triangulaire. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie active plane (5'a) est aménagée sur un bossage d'épaisseur inférieure à celle du film traité dont les bords chanfreinés (5'b) se raccordent à une partie en forme de secteur cylindrique. 7.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu des boucles de compensation (29,31) équipées de rouleaux tendeurs permettant d'absorber les temps d'arrêt du film (2) au poste d'amincissement occupé par la ou les sonotrodes (5'). 8.- Dispositif selon l'une queclonque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que chaque enclume (4,4') associée à une sonotrode (5,5') possède un élément chauffant (6) permettant d'accélérer l'échauffement du film par la sonotrode (5,5') et, par conséquent, d'accélérer la vitesse d'exécution des opérations. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à l'élément chauffant (6) de chaque enclume (4,4') est associé un organe (7) de contrôle et de régulation du fonctionnement de l'élément chauffant (6) en fonction de la température atteinte. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'à chaque sonotrode (5,5') sont associés des moyens de refroidissement agissant en fonction de la température atteinte. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement associés à chaque sonotrode (5,5') sont constitués par un générateur d'air. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il est placé à l'entrée d'une machine de positionnement et d'assemblage d'éléments transparents en matière plastique à des flans en carton ou similaire munis de fenêtres.