Brevet FR2888831A1 — publié le 20070126

Machine de fabrication de matelas de rembourrage La présente invention concerne une machine de fabrication de matelas de rembourrage à partir d'une bande de papier, par froissage en continu de la bande au moyen d'un dispositif d'entraînement / froissage permettant l'obtention d'un effet de matelassage. Ces matelas sont par exemple utilisés pour le calage et la protection d'articles à emballer dans des caisses. De telles machines sont de plus en plus souvent utilisées car elles offrent une alternative qui prend en compte des considérations environnementales que n'intègrent pas les techniques encore massivement employées de calage et de rembourrage utilisant des produits en plastique (double feuille à alvéoles remplies d'air) ou en matériau synthétique (chips en polystyrène). Or, en particulier en Europe et en Amérique du Nord, les législations, reflétant des préoccupations écologiques croissantes, sont devenues de plus en plus draconiennes sur la question du recyclage de ces matériaux. Ces machines, dans leur configuration actuelle, sont constituées de deux trains de deux rouleaux superposés disposés l'un à la suite de l'autre, le premier train entraînant la bande alors que le second train, tournant à vitesse plus réduite, permet de réaliser un froissage transversal. Les matelas sont ensuite obtenus par sectionnement transversal de la bande froissée. Les deux trains successifs sont commandés par un même moteur électrique, la différence de vitesse entre les deux étant obtenue à l'aide d'un système de transmission par pignons imposant un rapport de vitesse constant. Le système. de coupe, disposé en aval des deux trains d'entraînement / froissage, est également commandé par un moteur électrique. Une carte électronique dédiée permet différents modes de fonctionnement, et gère notamment les cycles de fonctionnement des moteurs à vitesse fixe. Aux fins de réaliser une machine plus légère et plus économique, une nouvelle machine, faisant l'objet de la présente invention, a été conçue. Elle est en particulier dépourvue d'un système de sectionnement distinct, et permet une plus grande souplesse dans le choix, le contrôle et le réglage des vitesses de rotation des deux trains de rouleaux. A titre principal, la machine de l'invention est caractérisée en ce que le dispositif de sectionnement est constitué du double train de rouleaux superposés, le premier train étant maintenu à l'arrêt et bloquant la bande de papier alors que le second train subit une accélération rapide à partir de l'arrêt en vue de sectionner la bande entre les deux trains de rouleaux. 2888831 2 En fait, deux cycles de fonctionnement différents du double train de rouleaux permettent de transformer ce dernier d'un dispositif d'entraînement / froissage à un dispositif de sectionnement et vice versa. Le froissage obtenu entre les deux trains de rouleaux est, compte tenu de la différence de leur vitesse d'entraînement dans le sens du défilement, essentiellement d'allure transversale. Pour améliorer la mise en volume du matelas, et donc le rendre plus apte à sa fonction de rembourrage et de calage, la machine de l'invention comporte au surplus un étage conférant une ondulation transversale à la bande qui précède le double train de rouleaux superposés. Dans la machine de l'art antérieur, le pliage des bordures latérales vers le centre de la bande donne un effet de volume au matelas. En d'autres termes, des ondulations transversales sont générées dans la bande de papier, de manière sensiblement uniforme sur toute sa largeur, avant qu'elle ne soit entraînée par la première paire de rouleaux. Cet entraînement doit s'effectuer en évitant l'écrasement des plis pouvant être créés à partir desdites ondulations, faute de quoi le volume espéré ne pourrait être obtenu. La forme des rouleaux des premiers trains est donc conçue de manière à respecter dans la mesure du possible ces ondulations, tout en assurant l'entraînement régulier de la bande: le premier train est à cet effet constitué de deux rouleaux cannelés, dont l'un au moins comporte des portions annulaires cannelées alternant avec des gorges périphériques, les portions cannelées en regard des deux rouleaux réalisant l'entraînement de la bande. Les gorges, qui sont par exemple également annulaires, laissent subsister des espaces empêchant l'écrasement des plis, entre les portions cannelées réalisant l'entraînement. Ces cannelures sont nécessaires pour assurer la force d'entraînement de la bande, tout effet de glissement devant être supprimé. Le second train de rouleaux est également constitué de deux rouleaux cannelés, dont l'un au moins comporte des évidements répartis sur l'ensemble de sa surface, distincts les uns des autres à la fois le long des directrices et des génératrices du rouleau et de longueur inférieure à celles-ci. En d'autres termes, aucun de ces évidements n'interfère avec un évidemment voisin, et aucun ne se développe sur la totalité de la périphérie ou de la largeur du rouleau. Au moins deux de ces évidements sont donc placés sur un trajet symbolisé par une génératrice ou une directrice. 3 5 En d'autres termes encore, il est toujours possible de trouver un trajet sur la surface externe du rouleau évitant les évidements et conduisant d'une extrémité à l'autre d'une génératrice ou rejoignant le point de départ d'une directrice. Cette caractéristique est importante car elle permet d'assurer un sectionnement convenable de la bande de papier froissé par déchirement. 2888831 3 Selon une possibilité, ces évidements sont circulaires, ou encore semi-circulaires prolongés par une portion rectangulaire en plan incliné. L'arête semi-circulaire est disposée à l'avant, dans le sens de la rotation. Plus précisément encore, ces évidements sont disposés en quinconce par rapport à des génératrices du rouleau. Dans cette hypothèse, un trajet complet d'une extrémité à l'autre du cylindre et sur sa surface périphérique prend une allure sinusoïdale. Dans la machine de l'invention, les deux trains de rouleaux sont commandés par deux moteurs distincts dont la vitesse de rotation est réglable et varie au cours du fonctionnement. Les deux couples de rouleaux sont donc mécaniquement distincts, puisque chacun est entraîné par un moteur spécifique. Ces derniers sont eux-mêmes alimentés et pilotés chacun de manière distincte, et leur vitesse de rotation est donc réglable indépendamment l'un de l'autre. De préférence, ces moteurs sont des moteurs asynchrones pilotés par des variateurs de fréquence. La variation de fréquence, ayant pour résultat immédiat une variation de vitesse de rotation du moteur, permet un choix très souple de la courbe d'accélération et de décélération des moteurs, et par conséquent des trains de rouleaux qui leur sont liés. II est facile de choisir la vitesse de pointe, ainsi que le rapport de vitesse entre le premier et le deuxième train de rouleaux, et ainsi d'obtenir différentes qualités de froissage uniquement via la maîtrise de la vitesse de rotation des deux trains successifs. Ces variateurs de fréquence sont couplés chacun à un programmateur qui permet de donner corps au cycle de rotation, voire de prévoir à l'avance un certain nombre de phases de fonctionnement prédéterminées. Les variateurs étant programmables à volonté, il est facile de piloter le fonctionnement de la machine de l'invention selon de multiples variantes, voire de l'adapter à l'utilisation qui en est prévue. II a été indiqué auparavant qu'un étage de fronçage longitudinal de la bande précède le double train de rouleaux superposés réalisant l'entraînement et le 30 froissage transversal. Cet étage formant l'ondulation transversale comporte un support pour une face de la bande, constitué de tringles d'allure axiale disposées dans un même plan, et reliées à leurs extrémités distales des trains de rouleaux à une traverse en arc de cercle dont la courbure est prévue pour que les bordures de la bande convergent vers les extrémités des rouleaux. Pour accentuer l'amplitude des ondulations à mesure que la bande s'approche des rouleaux du premier train, les tringles sont orientées perpendiculairement à la traverse. Elles convergent alors l'une vers l'autre, ce qui 2888831 4 augmente la hauteur des ondes à mesure que l'on s'approche du premier train de rouleaux. Le fonctionnement de la machine, dans la configuration à deux moteurs contrôlant chaque train de rouleau est tel que l'avance, le froissage et le sectionnement de la bande de papier peuvent être effectués par un mécanisme à poussoir tel que lorsqu'il est dans un état, l'avance et le froissage sont mis en oeuvre, temporairement ou non, le sectionnement intervenant lorsqu'il change d'état. De préférence, ce mécanisme à poussoir consiste en un interrupteur à 10 pédale. Autrement dit, selon une possibilité, un défilement continu est obtenu pendant l'actionnement de la pédale, réalisant un froissage produisant une certaine longueur de matelas de rembourrage. Dès lors que l'opérateur cesse d'appuyer sur la pédale, les deux moteurs freinent jusqu'à l'arrêt ou presque, puis celui qui contrôle le train de rouleaux aval redémarre et accélère brutalement, sectionnant la bande de matelas de rembourrage déjà produite. Du fait de l'existence de programmateurs et de la souplesse de la commande des moteurs asynchrones par variateur de fréquence, il est bien entendu possible de mettre en oeuvre beaucoup d'autres modèles ou schémas de cycles de fonctionnement de la machine. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures disposées en annexe, pour lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective des éléments principaux de l'invention; la figure 2 en est une vue de dessus; la figure 3 montre une vue de côté des mêmes éléments; et la figure 4 représente un diagramme du fonctionnement d'un cycle complet selon une possibilité mise en oeuvre dans la machine de l'invention. En référence à la figure 1, le premier train est constitué des rouleaux (1) et (2) alors que le second train est constitué des rouleaux (3) et (4) . La bande de papier B, qui défile dans le sens des flèches F, passe dans un premier temps dans un étage réalisant une ondulation transversale. Celle-ci est obtenue à l'aide d'une structure support (5) constituée de tringles (6, 7, 8) disposées dans un plan sensiblement horizontal, et dont les extrémités à l'opposé des trains de 3 5 rouleaux sont reliées à une traverse (9) en arc de cercle orientant les bordures de la bande vers les extrémités des rouleaux (1, 2). Les tringles (6, 7, 8) se rapprochent légèrement l'une de l'autre à mesure que l'on s'approche des trains de rouleaux (1 à 4) car elles sont perpendiculaires à la traverse (9). Les bordures de la bande B se rapprochent également l'une de l'autre à mesure du 2888831 5 défilement. Le relâchement dans la dimension transversale est alors transformé au moyen des tringles (6, 7, 8) en ondulations. La bande B ainsi ondulée est ensuite entraînée par le premier train de rouleaux (1, 2). Celui-ci est entraîné par un moteur asynchrone commandé en fréquence à une vitesse plus rapide que celle du second train de rouleaux (3, 4), pilotés par un autre moteur asynchrone également commandé en fréquence. Les rouleaux d'entrée (1, 2) comportent une succession de portions annulaires cannelées (10) séparées par des gorges également annulaires. Cette configuration permet d'assurer un entraînement correct de la bande B, sans écraser les plis résultant de l'ondulation transversale. En figure 2, on a représenté schématiquement la progression du changement de forme de la bande dans la dimension transversale. Un froissage dans l'autre dimension s'effectue ensuite entre les rouleaux (1, 2) et les rouleaux (3, 4). Le résultat est schématisé en sortie de ce deuxième train, le matelassage résultant alors d'une mise en volume obtenue par la combinaison des froissages longitudinal et transversal. Le rouleau (3) comporte en l'occurrence des évidements circulaires (11) distincts les uns des autres, à la fois le long des génératrices et des directrices du cylindre. D'autres formes sont cependant possibles. Le rouleau (4) est un simple cylindre cannelé. Ce second train permet l'entraînement soudain de la bande pendant la phase de sectionnement. La figure 3 montre clairement la mise en volume de la bande B. Le support (5) comportant trois tringles (6 à 8) est légèrement incliné, amenant la bande progressivement dans le plan de passage entre les trains de rouleaux (1, 2, 3, 4). Ce support (5) crée dans la bande des ondulations transversales qui donnent, en vue de côté, la surface triangulaire représentée en figure 3 en amont des rouleaux (1, 2). La vitesse réduite des rouleaux (3, 4) aboutit ensuite à un plissage transversal tel que montré entre les deux trains de rouleaux, le gaufrage final qui en résulte étant symbolisé par la dernière portion, représentée en aval des rouleaux (3, 4). La figure 4 montre un diagramme d'un cycle complet de fonctionnement. Le temps est représenté en abscisse, et la vitesse en ordonnée. Cette dernière peut être caractérisée soit par la fréquence, dont elle dépend, soit directement par le nombre de tours minutes. La programmation des deux moteurs est faite de la manière suivante: lorsqu'on actionne la pédale, ce qui correspond au niveau 1 de celle-ci, le moteur (1) et le moteur (2) ont une phase d'accélération parallèle, le moteur (1) atteignant cependant une vitesse bien supérieure à celle du moteur (2) (le rapport est supérieur à 2). Il s'agit de la phase 1. La phase 2 représente le 2888831 6 plateau de fonctionnement, à vitesse constante, pendant une phase de production de matelas de rembourrage. Dès lors que l'opérateur cesse d'actionner la pédale, (état 0 de la pédale) au début de la phase 3, il se produit une décélération jusqu'à l'arrêt complet ou quasiment complet des moteurs (1, 2). Dès que cet état est atteint, en début de phase 4, le moteur (1) est maintenu freiné (fréquence 0) à l'arrêt alors que le moteur (2) subit une accélération brutale suivie d'une brève phase en plateau et d'une décélération également rapide. L'arrachage s'effectue pendant cette phase 4. Les variateurs de fréquence des moteurs (1 et 2) sont programmables à volonté et il est donc possible de mettre en oeuvre d'autres schémas de fonctionnement. Ainsi, pour gagner en productivité, il est possible de produire systématiquement un matelas de longueur prédéterminée, en temps masqué, et sans procéder au sectionnement. Dans cette hypothèse, les phases de fonctionnement sont alors réalisées dans l'ordre suivant: 4-1-23. II y a alors toujours du matelas disponible, et l'appui par l'opérateur sur la pédale provoque d'abord le sectionnement puis la production immédiate d'une même longueur prédéterminée de matelas. Une impulsion courte sur l'interrupteur à pied produira le sectionnement et reproduira ledit matelas de longueur préprogrammée. Il est également possible de prévoir qu'une action prolongée sur ce même interrupteur permet de rallonger le morceau déjà produit, de le couper et de reproduire un matelas à ladite longueur préprogrammée. 7 2888831 REVENDICATIONS 1. Machine de fabrication de matelas de rembourrage à partir d'une bande de papier par froissage en continu de la bande au moyen d'un dispositif d'entraînement / froissage constitué de deux trains de deux rouleaux superposés disposés l'un à la suite de l'autre, le premier train entraînant la bande, le second train tournant à vitesse plus réduite que le premier pour réaliser le froissage, les matelas étant ensuite obtenus par sectionnement transversal de la bande froissée, caractérisée en ce que le dispositif de sectionnement est constitué du double train de rouleaux superposés, le premier train étant maintenu à l'arrêt et bloquant la bande de papier alors que le second train subit une accélération rapide à partir de l'arrêt en vue de sectionner la bande entre les deux trains de rouleau. 2. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, 15 caractérisée en ce qu'un étage conférant une ondulation transversale à la bande précède le double train de rouleaux superposés. 3. Machine de fabrication de matelas selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier train est constitué de deux rouleaux cannelés, au moins l'un d'eux comportant des portions annulaires cannelées alternant avec des gorges périphériques, les portions cannelées en regard des deux rouleaux réalisant l'entraînement de la bande. 4. Machine de fabrication de matelas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second train est constitué de deux rouleaux cannelés, au moins l'un comportant des évidements répartis sur l'ensemble de sa surface, distincts les uns des autres à la fois le long des génératrices et le long des directrices et de longueur inférieure à celles-ci. 5. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les évidements sont circulaires ou semicirculaires 30 prolongés par une portion rectangulaire en plan incliné. 6. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les évidements sont disposés en quinconce par rapport à des génératrices du rouleau. 7. Machine de fabrication de matelas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux trains de rouleaux sont commandés par deux moteurs distincts dont la vitesse de rotation est réglable et varie au cours du fonctionnement. 8 2888831 8. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moteurs sont des moteurs asynchrones pilotés par des variateurs de fréquence permettant le réglage de leur vitesse de rotation. 9. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les variateurs de fréquence sont couplés chacun à un programmateur. 1 0.Machine de fabrication de matelas selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que l'étage conférant l'ondulation transversale comporte un support pour une face de la bande, constitué de tringles d'allure axiale disposées dans un même plan, et reliées à leurs extrémités distales des trains de rouleaux à une traverse en arc de cercle dont la courbure est prévue pour que les bordures de la bande convergent vers les extrémités des rouleaux. 1 1. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les tringles sont orientées perpendiculairement à la traverse. 1 2.Machine de fabrication de matelas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'avance, le froissage et le sectionnement de la bande de papier sont effectués par un mécanisme électrique à poussoir tel que lorsqu'il est dans un état, l'avance et le froissage sont mis en oeuvre temporairement ou non, le sectionnement intervenant lorsqu'il change d'état. 13. Machine de fabrication de matelas selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le mécanisme à poussoir consiste en un interrupteur à pédale.