Brevet FR2675071A1 — publié le 19921016

La présente invention concerne d'une façon générale les machines de thermoformage d'une feuille continue de matière plastique, notamment pour la fabrication de pots pour produits alimentaires ou autres. Il est bien connu, en particulier dans l'industrie agro-alimentaire, de réaliser des pots par thermoformage à l'aide d'une presse de thermoformage appropriée, à partir d'une feuille continue, progressivement déroulée, d'une matière plastique telle que du polystyrène. En amont de l'étape de thermoformage, la feuille de matière plastique est ramollie à un degré approprié par des moyens de chauffage. Ces moyens comprennent classiquement un dispositif dit "bofte de chauffe", disposée au-dessus et à proximité de la feuille de matière plastique déroulée pour la chauffer en continu à mesure qu'elle progresse vers le poste de thermoformage. Les difficultés essentielles de cette opération de chauffage résident d'une part en ce qu'il faut appliquer à toute l'étendue de la feuille une énergie calorifique aussi homogène que possible et d'autre part en ce qu'il faut soutenir la feuille de matière plastique ramollie de manière qu'elle arrive au poste de thermoformage en restant aussi plane que possible. On a représenté sur les figures 1 et 2 des dessins un dispositif de chauffage connu dans la technique. La feuille de polystyrène 10 est déroulée à partir d'un rouleau 12 et entraînée dans le sens de la flèche F1 par des moyens de transport appropriés, non illustrés. Entre un rouleau de renvoi 14 et un poste de thermoformage 16, la feuille est chauffée à l'aide d'une boite de chauffe 18 comportant un capot 18a ouvert vers le bas et comportant des moyens de chauffage, préférentiellement une pluralité de tube à quartz parallèles 18b, émettant un rayonnement infrarouge de courtes longueurs d'onde. La feuille chauffée, se ramolissant progressivement de la gauche vers la droite sur la figure 1, est soutenue par une pluralité de rails parallèles 20 s'étendant dans la direction longitudinale de la feuille 10. Ces rails comportent chacun classiquement une membrure verticale étroite 20a raccordée à sa base à un tube 20b dans lequel circule un liquide de refroidissement.Un tel refroidissement des rails de soutien est nécessaire pour éviter un ramollissement excessif de la feuille dans leur voisinage et un pliage indésirable de ladite feuille, qui tendrait autrement à épouser étroitement la forme du sommet du rail et surtout à se coller sur le rail. Pour éviter que cette limitation du ramollissement de la feuille au niveau de chaque rail n'ait des conséquences néfastes au niveau du thermoformage, ces rails sont disposés à des emplacements correspondant aux collerettes des futurs pots. Un tel dispositif de chauffage et de soutien présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, l'espacement entre les rails et donc entre les bandes longitudinales plus froides de la matière de la feuille est au minimum égal à la largeur de chaque pot thermoformé, ou à un multiple de cette largeur, si bien que la feuille ramollie tend, entre deux rails, à s'affaisser comme illustré sur la figure 2. Ceci est particulièrement désavantageux avec un chauffage infrarouge, dans lequel l'apport calorifique est proportionnel à l'inverse du carré de la distance à la source. Ainsi les zones les plus affaissées vont être, en sortie du dispositif de chauffage, moins chaudes ques les autres zones à thermoformer, avec en conséquence des risques importants de thermoformage défectueux. En outre, un tel soutien par rails induit, en particulier avec des feuilles de polystyrène de grande largeur (typiquement jusqu'à environ 1 mètre), par le jeu du frottement entre la feuille et les rails, une déformation de la feuille dont la zone longitudinale médiane ramollie tend à prendre du retard par rapport aux zones marginales, par lesquelles l'entraînement de la feuille s'effectue généralement. L'inconvénient essentiel de ce retard se manifeste au refroidissement des pots après thermoformage, du fait d'une certaine mémoire de la matière plastique: on observe ainsi des décalages indésirables dans la forme ou la position des pots, ce qui peut poser des problèmes lors des étapes ultérieures de scellage des couvercles et de découpage des groupes de pots, ces deux étapes exigant un positionnement très précis de chaque pot. Un autre inconvénient du système de soutien connu réside en ce que, lors d'un arrêt de la machine de thermoformage, impliquant un arrêt de la feuille 10, l'inertie thermique propre au dispositif de chauffage 18 (les tubes 18b cessent immédiatement d'émettre un rayonnement, mais le capot 18a reste chaud pendant une certaine durée) provoque une surchauffe indésirable de la feuille stationnaire au-dessous de la boite de chauffe, qui en pratique risque de s'effondrer bien plus que ce qui est illustré sur ' la figure 2, jusqu'à devenir inutilisable. Même lorsque dans ce cas on met en oeuvre sous la boite de chauffe, de façon classique, des moyens de ventilation destinés à éviter une telle surchauffe, ce le risque précité est seulement atténué. La présente invention vise à pallier ces inconvénients de la technique antérieure et à proposer, en coopération avec des moyens de chauffage, des moyens de soutien qui assurent une très bonne planéité de la feuille de matière plastique chauffée, même dans son état de ramollissement maximal et en cas de surchauffe, qui n'induisent aucun décalage de déplacement dans le sens longidudinal entre la zone centrale de la feuille et ses zones marginales et enfin qui n'induisent aucun point froid ou point surchauffé dans la feuille. Elle concerne à cet effet un dispositif de chauffage d'une feuille continue de matière plastique pour la ramollir en vue de son thermoformage, du type comprenant un moyen de transport de la feuille essentiellement horizontalement, un moyen de chauffage situé au-dessus de la feuille sur une longueur déterminée et un moyen de soutien de la feuille ramollie au-dessous de celle-ci et sensiblement à l'aplomb du moyen de chauffage, caractérisé en ce que le moyen de soutien comprend un tapis sans fin entraîné en synchronisme avec la feuille et comportant sur sa surface supérieure des reliefs étroits et resserrés sur le sommet desquels la feuille prend appui. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend en outre un premier capteur de la température de la feuille au-dessous du moyen de chauffage et un second capteur de la température de la feuille à la sortie du moyen de chauffage, et un procédé de régulation de la température d'une feuille de matière plastique à thermoformer dans un tel dispositif comprend les étapes consistant - au démarrage du dispositif, à mettre en service le moyen de chauffage, en laissant la feuille et le tapis de soutien immobiles, jusqu'à ce qu'une température de la feuille, telle qu indiquée par le premier capteur de température, atteigne une valeur déterminée, - lorsque ladite valeur est atteinte, à faire avancer la feuille et déplacer le tapis en synchronisme avec l'avancement de la feuille, puis - à commander l'énergie calorifique appliquée à la feuille par le moyen de chauffage de manière à maintenir la température de la feuille, telle qu'indiquée par le second capteur de température, au voisinage d'une valeur déterminée. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une installation de thermoformage selon la technique antérieure, la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique de l'installation de la figure 1 au niveau du dispositif de chauffage, la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une installation de thermoformage selon la présente invention, la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique de l'installation de la figure 3, et la figure 5 est une vue en coupe à échelle agrandie d'un détail de l'installation des figures 3 et 4. On notera préliminairement que, d'une figure à l'autre, des éléments ou parties identiques ou similaires ont été désignés par les mêmes signes de référence. L'installation selon la présente invention comprend, comme dans celle de la technique antérieure décrite en référence aux figures 1 et 2, une feuille 10 de matière plastique telle que du polystyrène, d'épaisseur appropriée, déroulée d'un rouleau 12 par des moyens de transport appropriés, non illustrés. On a représenté également le rouleau de renvoi 14, le poste de thermoformage 16 et la boîte de chauffe 18 pourvue de son capot 18a et de ses tubes à quartz 18b. En sortie du poste de thermoformage 16, les pots thermoformés peuvent être acheminés, de façon classique en soi, vers un poste de remplissage, un poste de scellage d'une feuille de couvercles puis un poste de découpage en groupes de pots de configurations appropriées, ces postes n'étant pas illustrés par souci de simplification. Selon la présente invention, la feuille 10 est soutenue au niveau de toute l'étendue de la boîte de chauffe 18 par un tapis 20 fermé sur lui-même entre deux rouleaux de renvoi 22 et 24 dont les axes sont horizontaux et perpendiculaires à la direction du déplacement de la feuille 10. Le tapis présente une largeur approximativement égale à celle de la feuille, et est entraîné en synchronisme avec ladite feuille, par des moyens d'entraînement appropriés (non illustrés) agissant par exemple sur l'un des deux rouleaux 22 et 24. Selon l'invention, le tapis comporte sur sa face extérieure une pluralité d'aiguilles saillantes, essentiellement perpendiculaires au plan dudit tapis, par exemple à la manière des cardes utilisées dans l'industrie textile. De préférence, les aiguilles ont une longueur uniforme de quelques millimètres et sont régulièrement réparties sur le tapis, avec un pas qui peut être de l'ordre de un à quelques millimètres. La Demanderesse a constaté qu'un tel tapis, se déplaçant en synchonisme avec la feuille de matière plastique 10, assurait un soutien extrêmement uniforme de ladite feuille sur toute son étendue. Plus précisément, la surface extrêmement réduite de l'extrémité libre de chaque aiguille évite la création d'un point froid (fuites d'énergie calorifique) au niveau de la feuille, tandis que le faible espacement entre deux aiguilles voisines assure un effondrement pratiquement nul, en tout cas non mesurable, de la feuille. L'application du rayonnement infrarouge sur la feuille est donc extrêmement uniforme car toutes ses régions sont situées pratiquement à la même distance des générateurs d'infrarouges.On peut noter en outre que, grâce à la densité importante d'aiguilles, la surface élémentaire de la feuille supportée par chaque aiguille présente un poids suffisamment faible pour éviter toute interpénétration intempestive du matériau ramolli de la feuille et des aiguilles. Cela signifie en particulier qu'au niveau du rouleau de renvoi aval 24, le tapis et la feuille se séparent sans difficulté, tandis que l'aspect de surface de la feuille reste lisse. Par ailleurs, en cas d'arrêt de la machine de thermoformage, le soutien assuré à la feuille conformément à 1 invention permet d'éviter un effondrement ou une détérioration excessive de la longueur de feuille située sous la boite de chauffe, même en cas de surchauffe, et cette longueur reste utilisable, après réchauffage approprié, lors du redémarrage de la machine. On a représenté sur la figure 5 un exemple de réalisation concret du tapis de soutien 20. De préférence, il comporte une toile 20a, si nécessaire enduite de silicone afin d'accroître sa résistance aux températures élevées environnantes, tandis que les aiguilles sont constituées par des éléments 20b en forme d'agrafes, aux extrémités libres biseautés, qui ont été enfoncées à force à travers la toile 20a à partir du dessous de telle sorte que leurs branches fassent saillie sur le dessus sur la longueur requise. Ces agrafes sont constituées de préférence de fil d'acier inoxydable et sont maintenues fixes sur la toile par le simple jeu du frottement important existant entre les régions de leurs branches qui sont prises dans l'épaisseur de la toile et ladite toile. Des essais pratiques ont été effectués par la Demanderesse avec un tapis 20 tel que décrit ci-dessus, disponible dans le commerce pour normalement être utilisé comme carde dans l'industrie textile, et ce tapis a donné toute satisfaction. Si nécessaire, pour assurer entre les rouleaux 22 et 24 une bonne planéité de la toile , qui conditionne la Si nécessaire, pour assurer entre les rouleaux 22 et 24 une bonne planéité de la toile , qui conditionne la planéité de la feuille de polystyrène 10, on peut prévoir un ou plusieurs rouleaux de soutien additionnels, comme indiqué en 26 sur la figure 3, qui peuvent être montés fous au-dessous du brin supérieur du tapis, ou encore une plaque plane sur laquelle glisse ledit brin supérieur. On va maintenant décrire un procédé préféré de contrôle de la température de la feuille 10. De nouveau en référence à la figure 3, l'installation comporte un premier capteur de température 30 capable de mesurer la température de la feuille 10 sensiblement au niveau du milieu de la boite de chauffe 18, et un second capteur de température 32 capable de mesurer la température de la feuille en sortie de la boite de chauffe. Des moyens de commande de la puissance infrarouge rayonnée par les tubes 18b sont par ailleurs schématiquement indiqués en 34. De façon préférée, les capteurs 30 et 32 sont constitués par des pyromètres infrarouges, capables de fournir une indication précise de la température sans contact avec la feuille (typiquement à quelques centimètres au-dessus de celle-ci). On évite ainsi les inconvénients liés à l'emploi de sondes opérant par contact (notamment les thermocouples), dont l'inconvénient essentiel serait un risque de collage sur la feuille de matière ramollie. Lors du démarrage de l'installation de thermoformage, on met en service le dispositif de chauffage, tandis que la feuille de matière plastique à thermoformer est laissée immobile (une longueur appropriée de cette feuille est simplement amenée par le dispositif de transport au-dessous de la boite de chauffe, puis arrêtée). La sonde de température 30 est alors utilisée seule pour déterminer le moment où la feuille est à la température convenable pour le démarrage de la machine. Concrètement, la température mesurée par la sonde 30 est comparée à une valeur de consigne et, dès que cette valeur est atteinte, le dispositif de transport de la feuille, ainsi que le dispositif de transport du tapis 20, sont mis en route et l'opération de thermoformage peut débuter. On notera que la valeur de consigne précitée est inférieure à la température requise pour le thermoformage, car il faut prendre en compte le fait que la feuille à cet endroit continuera d'être chauffée avant sa sortie de la boite de chauffe. A partir de cet instant, la régulation de la puissance fournie par le dispositif de chauffage est effectuée sur la base des informations fournies par la seconde sonde de température 32, de manière à maintenir la température de la feuille 10 à la sortie de la boite de chauffe 18 aussi proche que possible d'une valeur de consigne appropriée adaptée au thermoformage qui suit. Un avantage particulier de cette manière de procéder réside en ce qu'on minimise la longueur de feuille perdue lors du processus de démarrage, par rapport au processus connu dans lequel on faisait défiler la feuille dès la mise en service du moyen de chauffage et, du fait de l'inertie de la montée en température, une longueur importante de feuille était perdue car insuffisamment chauffée. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite cidessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, les aiguilles 20b décrites plus haut pour le soutien de la feuille peuvent être remplacées par tout ensemble de reliefs étroits et resserrés, éventuellement d'un seul tenant avec le matériau de base du tapis 20. Par ailleurs, le dispositif de chauffage et de soutien selon l'invention peut être utilisé avec avantage dans tous types de thermoformages de feuilles ramollissables. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage d'une feuille continue de matière plastique pour la ramollir en vue de son thermoformage, du type comprenant un moyen de transport de la feuille (10) essentiellement horizontalement, un moyen de chauffage (18) situé au-dessus de la feuille sur une longueur déterminée et un moyen de soutien de la feuille ramollie au-dessous de celle-ci et sensiblement à l'aplomb du moyen de chauffage, caractérisé en ce que le moyen de soutien comprend un tapis sans fin (20) entraîné en synchronisme avec la feuille et comportant sur sa surface supérieure des reliefs étroits et resserrés (20b) sur le sommet desquels la feuille prend appui. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tapis comprend une toile (20au à partir de laquelle font saillie une pluralité d'aiguilles (20b). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les aiguilles (20b) sont définies par des éléments en forme d'agrafes insérés à force à travers la toile (20a) à partir du dessous de celle-ci. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les aiguilles (20b) ont des extrémités pointues. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tapis (20) est tendu entre deux rouleaux de renvoi (22, 24). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu en outre au moins un rouleau (26) de soutien du tapis entre les rouleaux de renvoi. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les reliefs resserrés (20b) ont un pas de l'ordre de un à quelques millimètres. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les reliefs (20b) font saillie d'une distance de quelques millimètres par rapport à un plan de base (20a) du tapis. 9. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier capteur (30) de la température de la feuille au-dessous du moyen de chauffage (18) et un second capteur (32) de la température de la feuille à la sortie du moyen de chauffage. 10 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les capteurs de température (30, 32) consistent en des pyromètres infrarouges. 11. Procédé de régulation de la température d'une feuille de matière plastique à thermoformer dans un dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant - au démarrage du dispositif, à mettre en service le moyen de chauffage (18), en laissant la feuille (10) et le tapis de soutien (20) immobiles, jusqu'à ce qu'une température de la feuille, telle qu'indiquée par le premier capteur de température (30), atteigne une valeur déterminée, - lorsque ladite valeur est atteinte, faire avancer la feuille (10) et déplacer le tapis (20) en synchronisme avec l'avancement de la feuille, puis - commander l'énergie calorifique appliquée à la feuille par le moyen de chauffage (18) de manière à maintenir la température de la feuille, telle qu'indiquée par le second capteur de température (32), au voisinage d'une valeur déterminée.