Brevet FR2638678A1 — publié le 19900511

La présente invention concerne un bras aspira- teur pour machine à fabriquer des sacs et un procédé pour perfectionner un tel bras. La présente invention concerne plus particu- lièrement mais non limitativement la modification de machines à fabriquer des sacs de manière à augmenter les capacités de production de telles machines bien connues. L'industrie de fabrication des sacs en polyéthylène est une industrie bien développée comportant de nombreux genres de machines à fabriquer des sacs qui sont en concurrence pour leurs parts de marchés. Une machine à fabriquer des sacs typique est la machine Modèle 175W de la FMC Corporation qui produit des sacs en polyéthylène "à soudure latérale" et empile les sacs terminés en uti- lisant un dispositif "à tourniquet", comme c'est bien connu dans l'art. Le Modèle "175W" est équipé d'un moteur élec- trique principal d'entraînement qui entraîne un arbre moteur principal. Des éléments mobiles tels que des rou- leaux d'extraction, une tête de soudage et le dispositif à tourniquet sont entraînés par le moteur principal d'entraînement. Les rouleaux d'extraction qui tirent une bande de film provenant d'un approvisionnement en film, soit un rouleau de film soit une bande de film extrudée de manière continue, sont entraînés par un système d'engrenages et de poulies utilisant une liaison par manivelle et bielle à un secteur denté, qui utilise un système classique bien connu d'embrayage/freinage pour transformer un mouvement alternatif en un mouvement rotatif dans un seul sens qui peut être inversé. Le mou- vement créé par ce "moyen d'embrayage/freinage" est un mouvement harmonique qui, sur la base des divers rap- ports d'engrènement, aboutira à une vitesse de défile- ment maximale de la bande de film lorsque celle-ci est tirée à travers les rouleaux d'extraction, pour n'importe quel nombre donné de cycles de la machine, comme déterminé par un seul tour de l'arbre moteur prin- cipal. Ceci sera étudié plus avant dans ce Mémoire Descriptif. Il est souhaitable d'augmenter la production des machines à fabriquer des sacs; mais la vitesse de pointe de défilement du film, mentionnée précédemment, constitue un facteur de limitation. L'invention présentée ici a par rapport aux machines à fabriquer des sacs de fabrication courante l'avantage de réduire la vitesse de pointe de défilement du film pour toute vitesse de machine donnée (cycles par minute), en autorisant ainsi des cycles de machine plus rapides pour la même vitesse de pointe de défilement du film. L'avantage de cette technologie s'applique aussi directement aux machines à fabriquer des sacs existantes et entraînées de manière "classique", semblables au Modèle 175W mentionné ci-dessus. La tech- nologie selon la présente invention est directement applicable aux machines classiques, au prix de quelques modifications importantes, pour permettre à ces machines préexistantes d'augmenter leurs niveaux de production jusqu'à ceux qui peuvent être atteints par une machine à entraînement asservi du rouleau d'extraction et du rou- leau de soudage. Suivant l'invention, le bras aspirateur des- tiné à être utilisé dans une machine à fabriquer des sacs assurant un empilement par tourniquet, est caracté- risé en ce que le bras comporte une partie en biseau à son extrémité extérieure. De préférence, la partie en biseau est située sur le côté inférieur du bras aspira- teur, qui fait suite au bord d'attaque du bras aspira- teur lorsque ledit bras aspirateur est actif. Il est également préféré que la partie en biseau ait une longueur moindre que le bras aspirateur. Selon un autre aspect de l'invention, le pro- cédé pour perfectionner un bras aspirateur destiné à être utilisé dans une machine à fabriquer des sacs assu- rant un empilement par tourniquet, est caractérisé par l'opération consistant à former un biseau sur le côté inférieur du bras aspirateur à partir de l'extrémité extérieure de ce dernier et en direction de l'extrémité intérieure de ce dernier. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après, donnée à titre d'exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - la figure 1 illustre une machine à fabriquer des sacs qui constitue un mode de réalisation de l'invention; - la figure 1A est un détail d'un bras aspira- teur, montrant une variante de réalisation pourvue d'une extrémité en biseau; - la figure 2 est une représentation schéma- tique simplifiée de l'invention utilisant un engrenage de synchronisation du rouleau de soudage; - la figure 3A est un graphique représentant un cycle de machine d'une machine selon l'art antérieur; - la figure 3B est un graphique représentant un cycle de machine de la machine selon la présente invention; - la figure 4 est une représentation schéma- tique simplifiée de l'invention utilisant des moyens à pignon à denture en croix de Malte pour entraîner le rouleau de soudage; - les figures 5A, 5B et 5C sont des represen- tations schématiques de rouleaux d'extraction pendant un cycle à interruption; - la figure 6 est une partie partiellement arrachée de moyens à pignon à denture en croix de Malte; et - la figure 7 est un schéma-bloc qui repré- sente des relations électriques entre divers composants et éléments de commande de l'invention. La figure 1 montre l'environnement général de l'invention en ce sens qu'une machine à fabriquer des sacs, d'une configuration générale reconnaissable, y est représentée. La machine à fabriquer des sacs, désignée globalement par la référence 10 est constituée de plu- sieurs postes distincts comprenant un poste de régula- tion de tension et anti-rebonds globalement désigné par 12, un poste de formation des sacs, globalement désigné par 14 et un poste d'empilage par tourniquet globalement désigné par 16. Un film en bande est engagé à travers le poste de régulation de tension 12. La bande provient généralement d'un rouleau de film qui a été enroulé à partir d'un tube de matériau fait de polyéthylene soufflé/extrudé à un autre endroit et d'une manière bien connue. La bande est tirée dans le poste 14 de formation des sacs par une paire de rouleaux d'extraction qui comprend généralement un rouleau d'extraction supérieur et un rouleau d'extraction inférieur formant entre eux un étranglement dans lequel la bande est saisie pour être entraînée jusqu'à une tête de coupe et soudage 18 et être en même temps dévidée de son rouleau d'emmagasinage pour passer par le poste de régulation de tension. Après que la bande a été coupée à la largeur de sac souhaitée par la tête de coupe et soudage 18, qui constitue les bords définissant la largeur du sac, les sacs individuels sont ramassés à l'aide de bras aspira- teurs tels que 20 et déposés d'une façon classique sur des broches telles que 22. Le moteur d'entraînement principal de la machine à fabriquer les sacs, ainsi que d'autres élé- ments de synchronisation, sont logés dans l'enceinte 24 et dans la zone située sous le poste de formation des sacs. L'enceinte 26 abrite des éléments de production du vide à partir desquels la dépression est transmise par des tuyaux tels que 28 aux bras aspirateurs 20. Un tableau de commande 30 destiné à l'opérateur comprend une interface d'entrée 32 pour l'opérateur. L'armoire 34 abrite le convoyeur 36 d'enlèvement des paquets de sacs empilés sur les broches. La figure 2 illustre l'invention. Un film en bande 38 est représenté engagé dans le poste de régula- tion de tension et anti-rebonds globalement désigné par 14. Au poste de formation des sacs un rouleau d'extraction supérieur 40 et un rouleau d'extraction inférieur 42 maintiennent le film dans l'étranglement qu'ils constituent entre eux. Le rouleau d'extraction inférieur 42 est entraîné par un servomoteur 44 par l'intermédiaire d'une courroie ou d'une chaîne 46. Le moyen formant rouleau d'extraction inférieur 42 comprend aussi une partie dentée qui engrène avec un engrenage 48 engrenant à son tour avec un rouleau de soudage 50 pour assurer la synchronisation du rouleau de soudage. Ainsi, le rouleau de soudage et le rouleau d'extraction infé- rieur 42 sont tous deux aptes à être entraînés et sont tous deux entraînés par le servomoteur 44. Une barre de soudage 52 est actionnée périodiquement en direction verticale, de façon classique par des moyens de liaison et d'entraînement (non représentés) à partir d'une came associée à l'arbre moteur principal 54. L'arbre moteur principal 54 tourne une fois par cycle de machine, c'est-à-dire une fois par avancement d'un sac sur une machine à fabriquer des sacs comportant une seule file. Le dispositif 60 à bras aspirateurs, qui comprend des bras mécaniques 20, est indirectement entraîné à partir de l'arbre principal 54 selon un cer- tain rapport, généralement 6:1 aux figures 2 et 4. Des éléments de commande du servomoteur 44 sont constitués par un tachymètre 62 et un codeur de position angulaire 64 de contre-réaction monté sur le servo-moteur, un codeur de position angulaire principal 66 situé sur l'arbre moteur principal 54 et un amplifi- cateur d'asservissement 68, et un dispositif d'entrée ou dispositif de commande 32 pour l'opérateur. Ces éléments sont reliés électriquement les uns aux autres par l'intermédiaire de divers conducteurs électriques qui seront explicités lorsque l'on examinera la figure 7. La figure 2 montre également un moyen anti- rebonds 70 représenté de façon simplifiée. Une courroie 72 entraîne le moyen anti-rebonds 70 à partir du rouleau d'extraction inférieur 42 qui, comme signalé, est entraîné par le servomoteur. Les figures 3A et 3B sont des graphiques des- tinés à montrer l'avantage de la présente invention par rapport à une machine à fabriquer des sacs entraînée de manière classique, c'est-à-dire sans asservissement. La figure 3A représente un graphique de l'art antérieur, par exemple de la machine à fabriquer des sacs Modèle de la Demanderesse. Cette machine utilisait des moyens d'embrayage/freinage entre l'arbre principal et les rouleaux d'extraction pour faire avancer le film à travers le poste de formation des sacs. L'axe vertical du graphique représente la vitesse de défilement de la bande tandis que l'axe horizontal donne le temps exprimé en degrés d'angle de rotation du rouleau d'extraction. "Vp" sur l'échelle des vitesses représente la vitesse de pointe de défilement de la bande qui peut être générée par le cycle harmonique d'avancement d'un sac en utilisant la liaison par coulisseau et manivelle excentrique et les moyens d'embrayage/freinage du matériel selon l'art antérieur. La longueur d'extraction de la bande ne s'étend que sur 180', et le rythme cyclique de la machine est limité par l'accélération de la bande, par Vp au sommet de la courbe allant de 0 à , et aussi par la stabilité du bord menant de la bande ou du film à vitesse de défilement donnée de la bande. Dans la partie "FREINAGE" de ce graphique allant de 180' à 360, le soudage de la bande déployée est effectué pendant la partie correspondant à la pause de soudage s'inscrivant dans la durée de l'état freiné du rouleau d'extraction inférieur. La figure 3B est un graphique du déroulement opératoire correspondant à un sac lorsque le mécanisme à embrayage et frein entraîné par la source motrice prin- cipale est remplacé par des moyens à rouleau d'extraction inférieur et rouleau de soudage commandés par servomoteur. Sur ce graphique, les axes sont les mêmes, mais on peut voir qu'il y a davantage de temps, à savoir 230 au lieu de 180 pour faire avancer le sac. Ceci est dû à la constance de l'accélération du mouve- ment assuré grâce à l'entraînement par servomoteur. Sur ce graphique la longueur de l'extraction est optimisée de manière à utiliser pratiquement toute la période de temps disponible dans le cycle d'extraction qui n'est pas utilisée pour la pause nécessaire pendant l'opération de soudage, et pour un délai de transition de soudage, représenté par SC#l et respectivement SC#2, avant et après la pause pendant laquelle la barre de soudage est en appui pour souder le sac contre la pla- tine constituée par le rouleau de soudage. Dans le graphique de la figure 3B, "Vp" s'avère être sensiblement inférieur à ce qu'il serait si le sac était avancé sur seulement 180' d'extraction comme représenté par la courbe en traits pointillés commençant à 0 et se terminant à 180 . Comme le facteur limitatif affectant la fabrication des sacs est la vitesse de pointe subie par la bande pendant l'extraction, il s'ensuit que, si la vitesse de pointe du défilement est diminuée par l'utilisation de rouleaux d'extraction entraînés par asservissement au lieu de moyens de commande des rouleaux d'extraction par embrayage/ freinage, il est possible d'augmenter la production de sacs en augmentant la vitesse de la machine à fabriquer des sacs à rouleaux d'extraction entraînés par asservissement jusqu'à ce que dans la machine à rouleaux d'extraction entraînés par asservissement, la vitesse de pointe du défilement égale la vitesse de pointe de défilement dans la machine classique à embrayage/freinage. Par exemple, en restant encore sur les figures 3A et 3B, pour fabriquer un sac de 230 mm (9 pouces) de largeur à 200 cycles par minute (cycles de rotation de l'arbre moteur principal et de la machine) avec une pause de 40' pour le soudage sur une machine selon l'art antérieur la durée de l'extraction sera approximative- ment de 0,15 seconde (180'/360 x 0,3 seconde/cycle = 0,15 seconde). La vitesse de pointe de défilement du film sera de 295 cm par seconde (116, 25 pouces par seconde) pour la machine selon l'art antérieur. Puisque la vitesse de pointe de défilement du film sera limitée à 295 cm par seconde (116,25 pouces par seconde) à 200 cycles par minute avec une pause de 40' pour le soudage, cette vitesse de pointe de défilement du film peut être introduite dans la même équation pour calculer la fréquence en cycles par minute de la machine à rouleaux d'extraction asservis entraînant un sac de 230 mm (9 pouces) avec une pause de 40'. Si l'on retient comme limite pour la vitesse de pointe de défilement du film la valeur de 295 cm par seconde (116,25 pouces par seconde) la période doit être supérieure ou égale à la durée du tirage d'un sac de 230 mm (9 pouces), qui est de 0, 15484 seconde sur une extraction de 230'. La durée de la période sera de 0,2423 seconde par cycle (0,15484 seconde/230 x 360' par cycle = 0,2423 seconde par cycle). Par conséquent, une fréquence de 247 cycles par minute à une vitesse de défilement de 295 cm par seconde (116,25 pouces par seconde) est possible lorsque la durée de l'extraction est de 230, comme l'est la durée de l'extraction assurée par un rouleau d'extraction entraîné par asservissement selon la présente invention. L'amélioration de 47 sacs par minute réalisée en utili- sant le rouleau d'extraction entraîné par asservissement au lieu du système classique du rouleau d'extraction avec embrayage/freinage constitue un avantage sensible sur l'art antérieur. La figure 4 présente un mode de réalisation constituant une variante du mode de réalisation de la figure 2 qui utilisait un engrenage de synchronisation du rouleau de soudage, cet engrenage étant interposé entre le rouleau d'extraction inférieur 42 et le rouleau de soudage 50. Dans le mode de réalisation de la figure 4, o des références analogues ont été affectées aux éléments analogues, l'engrenage de synchronisation du rouleau de soudage a été remplacé par un mécanisme d'entraînement bien connu par pignon à denture en croix de Malte qui entraîne le rouleau de soudage à partir de l'arbre moteur principal 54. La figure 6 montre plus en détail le dispositif d'entraînement par pignon à denture en croix de Malte. Ce dispositif d'entraînement fonc- tionne comme un dispositif d'échappement à huit crans qui reçoit l'action de la source motrice principale par l'intermédiaire de la courroie 56 qui entraîne un ergot excentrique 74 entraîné par engrenage et en prise avec le mécanisme 76 d'échappement à denture en croix de Malte. Une courroie 78 entraîne le rouleau de soudage 50 d'une manière bien connue. Par rapport à l'engrenage de synchronisation du rouleau de soudage, l'entraînement par pignon à denture en croix de Malte a l'avantage d'impliquer dans le train d'engrenages moins d'inertie à vaincre par l'entraînement à servomoteur 44, ce qui, par conséquent, diminue la charge sur le servomoteur et sur sa liaison au rouleau d'extraction inférieur. Le système par pignon à denture en croix de Malte permet en outre de synchroniser séparément le rouleau de soudage en ce qui concerne la phase. On notera que dans le mode de réalisation avec entraînement par pignon à denture en croix de Malte comme dans le mode de réalisation avec engrenage de syn- chronisation du rouleau de soudage, le moyen à rouleau anti-rebonds 70 est entraîné à partir du rouleau d'extraction inférieur par la courroie 72. Evidemment, selon une pratique classique, le moyen à rouleau anti- rebonds peut être laissé en dehors de la machine et d'autres moyens destinés à contrôler le rebond de la bande peuvent être employeés. Les figures 5A, 5B et 5C, en un schéma très simplifié, montrent que le rouleau d'extraction infé- rieur est entraîné en marche arrière (5B) par les moyens de servocommande, de manière à tirer la bande de film 38 hors du rouleau de soudage 50. On procède ainsi durant une interruption de cycle lorsqu'un nombre donné de sacs, par exemple 250 sacs, sont passés par la machine et ont été empilés sur les broches 22 du tourniquet de telle manière qu'un jeu de broches vides puisse être mis en place pour le prochain empilement de sacs. Outre les limitations liées à l'avancement des sacs, dues à l'accélération transmise à la bande de film par les rouleaux d'extraction, on a trouvé qu'une autre limitation pouvait exister lorsque l'on évacue et empile des sacs en utilisant le procédé d'empilement de sacs par broches de tourniquet et bras aspirateurs. C'est la nécessaire non-interférence entre les bras aspirateurs et le sac nouvellement avancé. Une fois qu'un bras aspirateur 20 (figure 2) a saisi un sac, ce bras ne doit pas entrer en contact -avec le bord menant du sac suivant. Les bras aspirateurs 20, appelés aussi bras de tourniquet, ont une épaisseur type d'environ 25 mmn (1 pouce) à leur extrémité extérieure. L'extrémité du bras est distante du rouleau de soudage 50 d'environ 25 mm (1 pouce) sur les machines classiques et le bras a environ 510 mm (20 pouces) de longueur. Afin de laisser le passage au sac suivant, le bras de tourniquet 20 doit se déplacer d'environ 3, de façon à effectuer un mouvement périphérique égal à son épaisseur, soit 25 mm (1 pouce). Lorsqu'il y a six bras, les bras sont entraînés selon un rapport de 6:1 et requièrent ainsi 18' de rotation de la machine pour sortir du trajet du bord menant du sac suivant. Un procédé pour éviter que les sacs ne soient avancés jusqu'à interférer avec les bras aspirateurs, consiste à utiliser les commandes d'entraînement asservi du rouleau extracteur de manière à assurer une augmenta- tion progressive de la durée de l'extraction à mesure que la vitesse de la source motrice principale augmente. La source motrice principale ne peut pas arriver à la vitesse maximale fixée aussi vite que les éléments du poste d'extraction. C'est pourquoi on n'augmente que progressivement la vitesse de ces éléments, de façon à ne pas dépasser la vitesse de la machine. Ceci a princi- palement pour but d'éviter de faire avancer des sacs jusque dans les bras aspirateurs. Le cycle d'extraction asservi est configuré en degrés de rotation mécanique seulement par l'intermédiaire du codeur principal 66 et non en temps réel. La vitesse du rouleau d'extraction est harmonisée avec la vitesse de la source motrice principale à l'aide du codeur principal et du dispositif de commande de rétroaction 64 qui font fonctionner le servomoteur sous la commande du dispositif de commande de mouvement. Ainsi, dès le démarrage de la machine, l'extraction démarre lentement en concordance avec la vitesse de la source motrice principale jusqu'à ce que l'arbre principal arrive à la vitesse fixée. La vitesse d'extraction suit la vitesse de la source motrice prin- cipale plutôt que d'être en avance sur elle. Selon un perfectionnement des bras de tourni- quet représenté à la figure lA, une extrémité en biseau est constituée à l'extrémité extérieure du bras de tour- niquet ou bras aspirateur 20. En formant un biseau à l'extrémité du bras, on réduit l'épaisseur effective du bras ce qui permet de diminuer l'angle de dégagement minimal nécessaire. Dans l'exemple ci-dessus, notre déplacement de 3' nécessaire pour donner 25 mm (1 pouce) de dégagement peut être réduit si l'on rend l'épaisseur de l'extrémité du bras inférieure à 25 mm (1 pouce). Ceci permet également d'avancer plus rapidement les sacs puisque les bras du tourniquet "laissent la voie libre" au bord du nouveau sac plus rapidement. La figure 7 représente un diagramme des inter- actions entre les éléments régulateurs de la machine à rouleau d'extraction asservi. Le codeur principal est le codeur principal de position angulaire 66 qui collecte un repère de zéro sur l'arbre moteur principal. Le signal du codeur est dirigé vers l'interface du codeur principal qui traite et transmet ce signal au module de commande temporelle de la machine qui fixe en degrés d'angle de rotation de la machine la durée disponible pour le générateur de profil du mouvement programme. Le profil généré est envoyé au générateur de commandes qui par l'intermédiaire du traducteur d'asservissement impose à l'amplificateur d'asservisse- ment d'exciter le servomoteur de manière à entraîner le rouleau d'extraction inférieur. Le tachymètre du servo- moteur envoie la vitesse du servomoteur en contre- réaction à l'amplificateur d'asservissement tandis que le codeur de contre-réaction 64 se reboucle avec le traducteur d'asservissement qui signalera au générateur de programmation, dès que l'amplitude d'extraction en degrés atteint la valeur souhaitée, que l'extraction est achevée (l'interface du codeur principal, le module de temporisation de la machine, le générateur de commandes et le générateur de profil sont tous logés dans le dis- positif de commande de mouvement 32). Les éléments contenus dans les blocs en poin- tillés sont des variantes de réalisation pour arriver à la longueur d'extraction spécifiée. La case de gauche est destinée à être utilisée lorsque le film qui est en cours de transformation en sacs est préimprimé et fait ainsi l'objet d'un cadrage de l'impression. Le disposi- tif de contrôle du cadrage déterminera la longueur d'extraction après vérification de repères imprimés situés sur le film. La case de droite représente un sélecteur de longueurs d'extraction commandé par l'opérateur, dans lequel l'opérateur introduit la lon- gueur d'extraction souhaitée pour chaque sac. On a présenté ici une machine à fabriquer des sacs perfectionnée qui utilise un entraînement de rou- leau d'extraction par servocommande pour remplacer les entraînements de rouleaux d'extraction par l'arbre moteur principal, bien connus dans l'art. On considère que les nuances de l'invention qui sont évidentes pour l'homme de métier dans l'art de la conception des machines à fabriquer des sacs ne sortent pas du cadre de l 'invention. REVENDICATIONS 1. Bras aspirateur (20) destiné à être utilisé dans une machine à fabriquer des sacs assurant un empilement par tourniquet, caractérisé en ce que le bras comporte une partie en biseau à son extrémité extérieure. 2. Bras aspirateur (20) conforme à la revendication 1, dans lequel la partie en biseau est située sur le côté inférieur du bras aspirateur, qui fait suite au bord d'attaque du bras aspirateur lorsque ledit bras aspirateur est actif. 3. Bras aspirateur (20) conforme à la revendication 2, dans lequel la partie en biseau a une longueur moindre que le bras aspirateur. 4. Procédé pour perfectionner un bras aspirateur (20) destiné à être utilisé dans une machine (10) à fabriquer des sacs assurant un empilement par tourniquet, caractérisé par l'opération consistant à former un biseau sur le côté inférieur du bras aspirateur à partir de l'extrémité extérieure de ce dernier et en direction de l'extrémité intérieure de ce dernier.