Brevet FR2655588A1 — publié le 19910614

L'invention concerne un couteau ainsi qu'un dispositif de coupe pour le découpage longitudinal de produits en bandes tels que des bandes photographiques. D'une manière générale, les couteaux utilisés pour ce genre d'application sont montés sur un arbre selon un espacement choisi en fonction de la largeur de coupe voulue. Cet arbre porte-couteaux est monté en regard d'un second arbre parallèle au premier et sur lequel sont montés des contre-couteaux contre lesquels viennent appuyer les couteaux. Une telle disposition de couteaux est d'usage courant pour la fabrication de films photographiques ou de bandes en métal doux et en particulier pour le découpage de bandes pour enregistrements de sons magnétiques. En cours d'utilisation, de telles bandes sont guidées des deux côtés, sur leurs bords, au passage sur les têtes d'un magnétophone, les défauts de parallélisme ne devant pas dépasser dans ce cas un ordre de grandeur de quelques centièmes de millimètre. Lors de la découpe de produits en bandes, les couteaux s'usent souvent très rapidement et, lorsque l'usure devient trop importante les couteaux effectuent une coupe par écrasement, ce qui donne des bandes dont les bords sont très irréguliers ou recourbés et dont le niveau d'empoussièrement est important. Les couteaux doivent alors être remplacés et réaffûtés.Il va de soi que le démontage et le remontage fréquent des couteaux diminuent fortement la productivité des machines de coupe utilisant de tels couteaux. Jusque là, divers dispositifs de coupe ont été utilisés. Ainsi, le brevet FR 2 439 736 décrit un dispositif de découpe comprenant un arbre porte-couteaux inférieur, et un arbre porte-couteaux supérieur, parallèles entre eux, tous deux entraînés et logés dans des paliers fixes. Les couteaux inférieurs ont des faces frontales planes rigidement bridées dans le sens axial sur l'arbre porte-couteaux inférieur et entre lesquelles s'engagent les couteaux supérieurs correspondants, montés sur l'arbre porte-couteaux supérieur. Les couteaux supérieurs sont réalisés chacun par assemblage d'un moyeu sur lequel sont montés, une bague entretoise centrée dans le sens de la longueur avec, de part et d'autre de celle-ci, un couteau annulaire plan élastique plaqué sur un collet intérieur, ces éléments étant pressés les uns contre les autres au moyen de disques ressorts.Selon ce brevet la hauteur de l'entretoise correspond approximativement à la hauteur du couteau élastique. Or, lorsque l'on procède à l'affûtage de tels couteaux, ce qui semble difficile à réaliser sans les retirer de l'arbre, on diminue nécessairement la hauteur de ce couteau, ce qui implique donc également de réduire la hauteur de l'entretoise. Ceci prend nécessairement du temps et constitue une solution peu économique, une solution plus simple, mais encore moins économique consistant à changer les couteaux chaque fois qu'un certain degré d'usure est atteint. Le brevet US 3 286 574 décrit un dispositif de coupe dont les couteaux supérieurs et les couteaux inférieurs sont des disques flexibles montés sur deux arbres parallèles, les couteaux supérieurs venant par l'extrémité de l'une de leurs faces appuyer sur les couteaux inférieurs. Un tel système présente des inconvénients puisque, lors de l'affûtage des disques, on diminue nécessairement la hauteur de ces disques, de même que l'on en modifie la flexibilité, il faut alors ensuite modifier le positionnement respectif des arbres ce qui n'est pas sans compliquer le dispositif.A cela s'ajoute les problèmes d'appariement entre les couteaux supérieurs et les couteaux inférieurs, en particulier, lorsque les arbres porte-couteaux contiennent un grand nombre de disques placés côte à côte selon un pas qui doit être le plus régulier possible afin que tous les couteaux supérieurs viennent en même temps appuyer sur les couteaux inférieurs. Ainsi les erreurs de positionnement de quelques microns sur chaque couteau se traduiront à l'extrémité de l'arbre par une erreur pouvant atteindre quelques dixièmes de millimètre. Et puisque l'affûtage de tels disques se fait par la tranche du disque, il n'est pas possible de corriger ces erreurs d'une manière simple. De plus un tel dispositif ne semble pas adapté pour des largeurs de bandes importantes telles que celles utilisées pour les produits photographiques I1 existe également d'autres types de couteaux communément utilisés pour ce genre d'application. Parmi ceux-ci figurent les couteaux qu'il est courant d'appeler "couteaux à lèvres". Ces couteaux, dont on reparlera plus en détail par la suite sont constitués de disques pourvus d'un trou central afin de pouvoir être montés sur un arbre de coupe en n'ayant qu'un seul degré de liberté, la translation, et comportant sur la périphérie de l'une de leurs faces une lèvre destinée à appuyer sur un contre-couteau monté également sur un arbre parallèle au premier.La force d'appui des couteaux sur les contre-couteaux est réalisée au moyen de dispositifs à ressorts ou autres dispositifs mécaniques disposés au dos de chaque couteau. De tels dispositifs, en raison des tolérances mécaniques, posent des problèmes de régularité de la force d'appui exercée par le couteau sur le contre-couteau, ce qui entraîne une irrégularité dans l'usure de la lèvre sur la périphérie du couteau. I1 en résulte inévitablement des variations dans la largeur des bandes coupées. Le niveau d'empoussièrement obtenu sur les bords de coupe est important, nuisant ainsi à la qualité des bandes obtenues. De plus, de tels couteaux sont difficilement affûtables directement sur l'arbre et, en raison du mécanisme complexe de montage de ces couteaux, l'opération d'affûtage est très coûteuse en temps. Enfin,:. ces couteaux sont lourds, ce qui représente un inconvénient important pour un arbre de coupe sur lequel on peut monter jusqu'à 100 couteaux et plus. Aussi est-ce un des objets de la présente invention que de réaliser un dispositif de coupe dont les couteaux sont directement affûtables sur l'arbre de coupe. C'est un autre objet de la présente invention que de réaliser un couteau léger destiné à être monté sur un arbre de coupe et dont le montage sur ledit arbre est plus simple que ce qui était réalisé jusqu'alors. C'est un autre objet de la présente invention que de réaliser un couteau dont la durée de vie est supérieure à celle des couteaux utilisés dans la technique antérieure. C'est encore un autre objet de la présente invention que de fournir un dispositif de coupe permettant d'obtenir une qualité de coupe supérieure à celle obtenue par les dispositifs de la technique antérieure. C'est encore un autre objet de la présente invention que de fournir un dispositif de coupe adapté pour réaliser des bandes de largeur importante. D'autres objets apparaîtront dans la description plus détaillée qui va suivre. Ces objets sont atteints au moyen d'un dispositif de coupe pour le découpage longitudinal de produits en bande comprenant principalement un arbre de coupe sur lequel est monté au moins un couteau constitué d'un disque pourvu d'un trou central et comportant sur la périphérie de l'une de ses faces une lèvre destinée à appuyer sur un contre-couteau monté également sur un arbre parallèle au premier caractérisé en ce que ledit couteau est monté directement sur l'arbre de coupe, ledit couteau étant maintenu en position de coupe au moyen de deux bagues disposées de part et d'autre dudit couteau. L'invention concerne également un couteau constitué d'un disque pourvu d'un trou central et comportant sur la périphérie de l'une de ses faces une lèvre destinée à appuyer sur un contre-couteau monté également sur un arbre parallèle au premier, caractérisé en ce que lorsqu'il est monté selon le dispositif évoqué précédemment, il présente une flexibilité appropriée de manière à, lors de son fonctionnement, engendrer une force d'appui sur ledit contre-couteau dont les variations par rapport à une valeur moyenne n'excèdent pas 10 % en valeur absolue. La description plus détaillée qui va suivre sera faite en faisant référence aux dessins dans lesquels - la Fig. 1 représente de façon schématique un couteau tel que connu dans la technique antérieure - la Fig. 2 représente un dispositif de montage conventionel des couteaux représentés en Fig. 1 - la Fig. 3 représente un dispositif de coupe selon la présente invention ; - la Fig. 4 illustre les résultats des tests d'empoussièrement obtenus d'une part avec un dispositif de coupe conventionnel et d'autre part les résultats obtenus avec le dispositif selon la présente invention. La Fig. 1 à laquelle on fait maintenant référence représente de manière schématique un couteau tel que connu dans la technique antérieure du type couteau à lèvre. Le couteau représenté est constitué d'un disque (1) pourvu d'un trou central (2) afin de pouvoir être, selon la technique antérieure, monté, par l'intermédiaire d'une bague ou monture, sur un arbre de coupe. I1 comporte, sur la périphérie de l'une de ses faces, une lèvre (3) destinée à appuyer sur un contre-couteau monté également sur un arbre disposé parallèlement au premier arbre.La face d'attaque (4) de la lèvre, c'est-à-dire la face prenant appui sur le contre-couteau, définit une angle a par rapport à la verticale, appelé angle de dépouille, et qui est compris entre +0,5 et +5 . La surface supérieure de la lèvre est conçue généralement de façon à réaliser un angle d'attaque ss compris entre 0 et 450 et est suivie éventuellement d'une deuxième surface définissant un angle y appelé parfois angle de détalonnage pouvant varier entre 10 et 45". Dans la technique antérieure, ces couteaux (9) sont généralement, ainsi que représentés en Fig. 2, montés sur un arbre (6) par l'intermédiaire d'une bague (7) ou monture dont la largeur définit le pas de montage des couteaux. La bague comprend une partie basse sur laquelle est monté directement le couteau et une partie haute bloquant en translation ledit couteau lorsque la lame ressort (8), disposée, ainsi que représentée en Fig. 2, sur toute la périphérie du couteau, vient appuyer sur le couteau. En cours de fonctionnement, l'arbre porte-couteaux est déplacé d'une certaine distance de l'ordre de 0,05 à 0,3 mm dans le sens représenté par la flèche A. En réponse à ce déplacement et proportionellement à ce déplacement, la lame ressort (8) génère une force d'appui de la lèvre du couteau sur le contre-couteau. Cette force est généralement comprise entre 1 kg et 3 kg.Le couteau est bloqué en rotation au moyen d'une broche (10). Ainsi, dans la technique antérieure, l'épaisseur du couteau représenté en Fig. 1 est d'environ 2 millimètres ou plus, afin de réaliser une lame indéformable. Le diamètre d du trou central (2) est d'environ 95 mm et le diamètre total D du couteau est d'environ 135 mm, c'est-à-dire que la hauteur de ce que l'on appelle "la toile" ou "l'âme" du couteau, à savoir (D-d)/2, est d'environ 20 mm. La masse de l'ensemble comprenant la bague étagée, la lame ressort et le couteau est d'environ 900 g. Selon ce même principe, il existe dans la technique antérieure d'autres types de montage de ce même couteau à lèvre, qui diffèrent du type évoqué auparavant par le dispositif permettant de générer la force d'appui du couteau sur le contre-couteau.En effet il est connu d'utiliser un système dans lequel la force d'appui du couteau est générée par 5 ressorts répartis de façon équidistante sur la circonférence du couteau. Selon un autre dispositif connu, la force d'appui est générée par un boudin métallique formant ressort s'allongeant en réponse au petit déplacement évoqué dans le dispositif à lame ressort. De même il est également connu de remplacer ce boudin métallique par un joint torique. Pour tous ces dispositifs, les variations de la force d'appui sur la circonférence du couteau sont relativement importantes et conduisent à des mauvaises qualités de coupe. Selon la présente invention, le couteau est du type de celui décrit en faisant référence à la Fig. 1. Cependant les dimensions de ce couteau sont différentes de celles connues dans la technique antérieure. En effet, le couteau selon la présente invention est destiné à être monté directement sur l'arbre porte-couteaux. Dans ces conditions, le diamètre du trou central est égal environ à celui de l'arbre permettant ainsi d'avoir pour un même diamètre de couteau une hauteur de toile supérieure à celle des couteaux connus jusqu'alors et de réaliser des couteaux dont la flexibilité est suffisante pour générer les forces d'appui nécessaires sur les contre-couteaux (comprises entre 1 et 3 kg et de préférence entre 1 et 2 kg). De même, selon la présente invention, l'épaisseur des couteaux est inférieure à celle des couteaux conventionnels et est de préférence comprise entre 0,8 et 1,4 mm. Toutes les caractéristiques dimensionelles du couteau selon l'invention sont liées entre elles, et la flexibilité du couteau dépend en réalité de la force d'appui que l'on veut obtenir, de l'épaisseur et du diamètre du couteau, de l'épaisseur de la lèvre, de la hauteur de la toile du couteau et également des caractéristiques de l'entretoise utilisée entre chaque couteau et dont on reparlera plus en détail par la suite. La Fig. 3 à laquelle on fait maintenant référence représente un dispositif de montage des couteaux selon la présente invention. Ainsi que représentés en Fig. 3, les couteaux (12) sont montés directement sur l'arbre de coupe (11). Les couteaux sont séparés entre eux par une entretoise (13) permettant de maintenir les couteaux en position de coupe et permettant également de maintenir entre eux la distance souhaitée. On dispose sur l'arbre de coupe, le nombre de couteaux souhaité, les couteaux étant séparés entre eux par une entretoise dont la largeur dépend de la largeur de coupe souhaitée, puis, au moyen d'un dispositif de serrage approprié, on serre tous ces éléments entre eux afin de les bloquer en rotation. Selon un mode de réalisation préférentiel on a constaté qu'il est avantageux d'utiliser, ainsi que montré en Fig. 3, une entretoise étagée, la partie la plus haute de l'entretoise étant la partie faisant face au couteau. Une telle disposition permet de réduire de manière considérable les vibrations générées par la rotation desdits couteaux. En position de coupe les couteaux (12) viennent appuyer sur les contre-couteaux (15), eux mêmes montés sur un arbre (14) disposé parallèlement au premier. La force d'appui est générée par la réponse des couteaux flexibles à un petit déplacement de l'arbre porte-couteaux dans le sens indiqué par la flèche B lorsque les couteaux appuient sur les contre-couteaux. La masse de l'ensemble comprenant le couteau et l'entretoise n'excède pas 200 g. Un tel montage du couteau directement sur l'arbre de coupe permet d'obtenir une force d'appui des couteaux sur les contre-couteaux, pour une valeur de déplacement donnée, dont les variations par rapport à une valeur moyenne comprise entre 1 et 2 kg n'excèdent pas 10 % en valeur absolue. I1 est évident qu'un tel dispositif peut ne comporter qu'un seul couteau. Dans ce cas, ledit couteau est maintenu en position de coupe au moyen de deux bagues disposées de part et d'autre dudit couteau. Selon un mode de réalisation préférentiel, pour les raisons évoquées auparavant, l'une de ces bagues au moins, à savoir, celle située face au couteau, est étagée. Un tel montage du couteau permet de réaliser l'affûtage directement sur l'arbre de coupe. En effet, on n'a plus, comme dans la technique antérieure, un montage complexe à ressort qui présentait l'inconvénient d'emmagasiner la poussière lorsque l'affûtage était réalisé sans démonter les couteaux de l'arbre ou sans les séparer de leur mécanisme à ressort.Un tel montage permet également de réduire le voile des faces des couteaux Selon un mode de réalisation particulier les caractéristiques dimensionelles d'un arbre porte-couteaux sont les suivantes - diamètre de l'arbre porte-couteaux : 65 mm ; - diamètre total des couteaux : 138 mm ; - hauteur de l'âme du couteau : 37,5 mm ; - épaisseur de la lèvre : 4,5 mm - épaisseur de l'âme du couteau : 1,2 mm ; - déplacement de l'arbre porte-couteaux : 0,08 mm - force d'appui sur les contre-couteaux : 1,5 kg - dimensions de l'entretoise : d = 80 mm ; d2 = 72 mm. En réalité, la force d'appui ne doit pas être trop importante afin de ne pas détériorer trop rapidement les couteaux, et de préférence, pour des dimensions du couteau et des valeurs de déplacement de l'arbre telles que celles indiquées auparavant, est comprise entre 1 kg et 2 kg. L'épaisseur correspondante du couteau varie alors entre 0,8 mm et 1,4 mm. Des essais ont été réalisés afin de mesurer, pour différents types de couteaux à lèvre, les variations en valeur absolue, par rapport à une valeur moyenne, des forces d'appui F des couteaux sur les contre-couteaux et ceci pour une valeur donnée 6 du déplacement de l'arbre porte-couteaux. La valeur moyenne de la force d'appui est de l'ordre de 1,5 kg pour un déplacement 6 = 0,12 mm et de l'ordre de 1 kg pour un déplacement 6 = 0,08 mm. Type de % de var. de F % de var. de F couteaux 6 = 0,12 mm 6 = 0,08 mm I Couteaux à 5 16 % 13 % ressorts II Couteaux à lame 33 % 20 % ressort III Couteaux à joint 57 % 30 % torique IV Couteaux à boudin 16 % 10,5 % métallique V Couteaux suivant 10 % 6,5 % l'invention Ces essais montrent donc qu'avec les couteaux selon la présente invention on obtient des variations de la force d'appui n'excédant pas 10 % ce qui est nettement inférieur aux résultats obtenus avec des couteaux conventionnels. De même, des tests d'empoussièrement de la coupe ont été réalisés en utilisant d'une part des couteaux à lèvre conventionnels et des couteaux à lèvre selon l'invention. Les résultats sont représentés par les courbes de la Fig. 4. Les mesures ont été réalisées pour des produits photographiques comprenant un support sur lequel est couchée une émulsion photographique. Ce test consiste à mesurer en fonction du temps de fonctionnement des couteaux l'empoussièrement en différents endroits de la coupe. Le principe de la mesure est le suivant : on découpe une bande au moyen de l'un ou l'autre des dispositifs de coupe ; on la fait passer entre deux rouleaux en regard l'un de l'autre et recouverts d'un adhésif double face ; après passage d'une certaine longueur de bande, on récupère les adhésifs et on mesure par réflexion ou transmission la densité optique des adhésifs, cette densité étant plus ou moins grande selon la quantité de poussière récupérée par ledit adhésif. Ainsi on a mesuré successivement l'empoussièrement d'une coupe (I), côté émulsion et d'une coupe (II), côté support, pour un bord de coupe situé face au couteau puis, l'empoussièrement d'une coupe (III), côté émulsion et d'une coupe (IV), côté support, pour un bord de coupe situé au dos du couteau. Le graphique (v) représente la moyenne des résultats obtenus pour les quatre mesures précédentes. Les courbes en traits interrompus représentent les résultats obtenus avec des couteaux conventionnels ; les courbes en traits continus représentent les résultats obtenus avec des couteaux selon l'invention. On porte en abscisse, le nombre d'heures de fonctionnement du couteau et en ordonnée le niveau d'empoussièrement de la coupe. Les graphiques réalisés montrent que dans tous les cas de figure, le niveau d'empoussièrement obtenu pour les couteaux selon l'invention est inférieur à celui obtenu avec des couteaux conventionnels, l'écart augmentant généralement avec le temps de fonctionnement des couteaux. Des essais ont également montré que, par un affûtage des couteaux réalisé directement sur l'arbre de coupe, on enlève environ deux fois moins de matière sur les couteaux que dans le cas où cet affûtage est réalisé lorsque les couteaux sont démontés de l'arbre. De plus, le temps nécessité par cette opération est environ cinq fois moins important. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de coupe pour le découpage longitudinal de produits en bandes comprenant principalement un arbre de coupe (11) sur lequel est monté au moins un couteau (12) constitué d'un disque pourvu d'un trou central et comportant sur la périphérie de l'une de ses faces une lèvre destinée à appuyer sur un contre-couteau (15) monté également sur un arbre (14) parallèle au premier caractérisé en ce que le couteau est monté directement sur l'arbre de coupe, ledit couteau étant maintenu en position de coupe au moyen de deux bagues disposées de part et d'autre dudit couteau. 2 - Dispositif de coupe selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite bague est une bague étagée, la partie la plus haute de la bague étant la partie située face au couteau. 3 - Dispositif de coupe selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les caractéristiques dimensionelles du couteau, ainsi que celles de la bague confèrent audit couteau une flexibilité appropriée de manière à, lors de son fonctionnement, engendrer une force d'appui dudit couteau sur le contre-couteau dont les variations par rapport à une valeur moyenne n'excèdent pas 10 % en valeur absolue. 4 - Dispositif de coupe selon la revendication 3, caractérisé en ce que la force d'appui moyenne du couteau sur le contre-couteau est comprise entre environ 1 kg et 2 kg. 5 - Dispositif de coupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que la force d'appui moyenne du couteau sur le contre-couteau est de l'ordre de 1,5 kg. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on dispose sur l'arbre de coupe, au moins deux couteaux, la bague étagée servant alors également d'entretoise maintenant les couteaux entre eux à la distance souhaitée. 7 - Couteau constitué d'un disque pourvu d'un trou central et comportant sur la périphérie de l'une de ses faces une lèvre destinée à appuyer sur un contre-couteau monté également sur un arbre parallèle au premier caractérisé en ce que, lorsque ledit couteau est monté selon le dispositif de la revendication 1, il présente une flexibilité appropriée de manière à, lors de son fonctionnement, engendrer une force d'appui sur ledit contre-couteau dont les variations par rapport à une valeur moyenne n'excédent pas 10 % en valeur absolue.