Brevet FR2942986A1 — publié le 20100917

La présente invention concerne le domaine du thermoformage, et plus particulièrement les dispositifs de découpe ou de pré-découpe d'emballages thermoformés, les procédés de découpe associés, ainsi que les machines d'emballage de type machines de thermoformage incluant de tels dispositifs. Les emballages thermoformés tels que les barquettes destinées à contenir des produits alimentaires par exemple, sont réalisés sur des machines de thermoformage à partir d'un film en matériau polymère défilant entre des postes de thermoformage, qui est ensuite découpé longitudinalement et transversalement pour donner, en fin de chaîne, les emballages individuels. Lorsque la chaîne inclut également l'étape de remplissage io des emballages, par exemple d'introduction de produits alimentaires, pharmaceutiques ou autres, dans les alvéoles formant barquettes, le film servant à operculer les alvéoles est scellé sur les bords périphériques de ces dernières, avant la découpe permettant de séparer les emballages les uns des autres. Les moyens de découpe longitudinale peuvent fonctionner en continu en séparant les 15 lignes d'emballages parallèlement au sens de défilement du film sur la machine de thermoformage. Ces moyens de découpe sont généralement des lames coupantes en forme de disques rotatifs. Au contraire, les moyens de découpe transversale fonctionnent de manière séquentielle, en séparant chaque rangée successive d'emballages. Les dispositifs de 20 découpe transversale par écrasement comprennent classiquement d'une part un outil de découpe monté dans un porte-outil supérieur fixe et d'autre part une table de découpe portant une enclume, disposée au droit de l'outil et animée d'un mouvement de rapprochement relatif en direction de l'outil, généralement au moyen d'un vérin pneumatique, en vue de comprimer, entre l'outil de découpe et l'enclume, le film rigide 25 thermoformé et de provoquer la découpe par éclatement dudit film sous la pression appliquée. En général le film se rompt lorsqu'il est écrasé au deux tiers de son épaisseur. Ce mode de découpe implique une grande précision de positionnement relatif de l'enclume par rapport à l'outil de découpe, généralement une distance de quelques 30 dixièmes de millimètres entre l'enclume et le tranchant de l'outil. Cette précision est d'autant plus difficile à obtenir que la course de l'enclume est 2 grande, en effet dans les machines de thermoformage, entre chaque opération de découpe transversale, l'enclume doit s'éloigner suffisamment de l'outil pour laisser passer au moins une rangée d'emballages thermoformés. L'effort de coupe du film rigide est généré par la montée du poste de découpe portant la table et l'enclume. Ce poste est constitué d'un système d'embiellage permettant la démultiplication des efforts, obtenue en jouant sur la projection des efforts du jeu de bielles. Ainsi, au fur et à mesure que le poste monte, les bielles se mettent progressivement en position verticale, l'effort généré par le poste augmente de façon exponentielle. En position finale, les bielles sont en position verticale, l'effort développé to devient théoriquement infini. Le poste est dit en position verrouillée. Cependant, la courbe d'effort varie en fonction de la position des bielles, ce qui implique qu'en fonction de l'épaisseur de coupe, ou en fonction du réglage de la position du porte-outil de découpe, ou de l'outil dans le porte-outil, ou encore en fonction de l'usure de l'outil de découpe, l'effort généré peut être très variable. 15 L'inconvénient principal de ces dispositifs de découpe est de ne pas permettre un réglage automatique de la distance entre l'enclume et l'outil de découpe, d'où la nécessité de devoir régler la position du porte-outil à chaque changement d'épaisseur de film et/ou lorsque l'outil de découpe s'use. En outre il n'est pas possible de contrôler l'effort de coupe appliqué sur le film rigide. 20 Un premier but de l'invention est donc de proposer un dispositif de découpe permettant le réglage du positionnement relatif de l'outil et de l'enclume et le contrôle de l'effort de coupe. Par ailleurs, pour s'adapter à des emballages de type rectangulaires à coins arrondis, l'outil de découpe est classiquement constitué de couteaux rectilignes séparés par des 25 poinçons ayant la forme d'un "as de carreau", et de poinçons en forme d'un "demi as de carreau" aux extrémités de l'outil. Il s'avère que les couteaux et poinçons s'émoussent et s'usent de manière différente et irrégulière, comme indiqué dans le brevet FR 2.697.462. Pour remédier à cet inconvénient, le dispositif décrit dans ce document est équipé d'un outil à couteaux rectilignes en carbure de tungstène de 30 forme prismatique de section constante. Cependant, ceci ne résout pas le problème d'usure variable, ou plus généralement de défaut de planéité, des couteaux et des poinçons. Un autre but de l invention est de pallier les inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif permettant de compenser, dans une certaine mesure, l'usure irrégulière et/ou l'éventuel défaut de planéité des couteaux et poinçons d'un même outil de découpe. A cet effet, le dispositif de découpe ou de pré-découpe d'emballages thermoformés selon la présente invention comprend au moins un outil de découpe, monté dans un porte-outil, une enclume disposée au-dessous dudit outil de découpe, ladite enclume étant actionnée par au moins un vérin pneumatique et montée mobile entre une position écartée de l'outil et une position rapprochée dans laquelle elle coopère avec io ledit outil de manière à rompre ou à perforer par écrasement entre l'outil de découpe et l'enclume le film rigide en matériau polymère séparant deux emballages adjacents défilant pas à pas dans une machine d'emballage de type machine de thermoformage, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte pour le passage de l'enclume de la position écartée à la position rapprochée, au moins deux actionneurs de l'enclume 15 agissant successivement, un premier actionneur de déplacement de l'enclume jusqu'à proximité du film rigide selon une première partie de course et un second actionneur de déplacement selon une deuxième partie de course, dite fin de course, jusqu'à l'outil de découpe, permettant ainsi le contrôle de l'effort de découpe dudit film. Ainsi la présence de ces deux actionneurs, à commandes indépendantes, agissant 20 successivement, permet que la course totale de déplacement de l'enclume en direction de l'outil qui lui, reste généralement fixe, se décompose en une première course de grande amplitude, et une seconde course, de faible amplitude, autorisant un réglage plus fin du positionnement extrême de ladite enclume. Le premier actionneur est avantageusement un actionneur pneumatique, de 25 préférence un vérin pneumatique. Le second actionneur est avantageusement aussi un actionneur pneumatique, de préférence formé d'une membrane allongée de type chambre à air, logée entre deux plateaux parallèles portant l'enclume, et apte à être gonflée d'air comprimé pour soulever l'enclume et assurer son déplacement de fin de course jusqu'à l'outil. La mise 30 en pression de la membrane permet de mettre en contact l'enclume avec l'outil de découpe. L'effort nécessaire pour assurer la découpe du film rigide peut ainsi être 3 contrôlée par un manomètre et ajustée au minimum. Aucun autre réglage que celui, très aisé, de la pression de la membrane n'est ensuite nécessaire au fur et à mesure de l'usure de l'outil de découpe, ou lors de légères variations d'épaisseur du film à découper. La présence de cette membrane, qui est relativement souple, disposée au dessous de l'enclume permet également un auto-ajustement du positionnement relatif (distance et angle) entre l'outil de découpe et l'enclume en compensant d'éventuels défauts de parallélisme entre le tranchant de l'outil et l'enclume, ces derniers devant en effet être parfaitement parallèles pour sectionner le film sur toute sa largeur, ou ménager des Io zones de pré-découpes régulières et reproductibles. L'action successive des deux actionneurs est gérée par des capteurs ou un système de temporisation. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif comporte également un élément amortisseur logé entre le porte-outil et l'outil de découpe. Cet 15 élément amortisseur est de préférence formé d'un joint plat (par exemple en polyuréthane, silicone ou autres polymères) ayant, de préférence, une dureté supérieure à 80 Shore A, pris en sandwich entre deux plaques de dureté élevée, de préférence en acier trempé. L'outil de découpe mis en oeuvre dans le dispositif de découpe ou de pré-découpe est 20 de préférence formé d'au moins un couteau rectiligne monté dans le porte-outil. De manière avantageuse l'outil de découpe comprend un alignement de couteaux rectilignes intercalés entre des poinçons en forme d'as de carreau ou de demi-as de carreau. Ce joint amortisseur permet d'amortir le choc entre outil et enclume et par sa 25 souplesse de compenser d'éventuelles différences de hauteurs entre les couteaux rectilignes et les poinçons. En particulier, on constate une augmentation notable de la durée de vie de l'outil, l'effort de coupe étant ajusté au minimum en jouant sur la pression de la membrane, ainsi qu'une augmentation de la durée de vie du vérin et des bielles associées. 30 On constate en outre que le niveau sonore de l'opération de découpe est plus faible avec le dispositif selon la présente invention qu'avec les dispositifs de l'art antérieur dans lesquels l'éclatement du film est accompagnée du bruit de l'enclume heurtant violemment l'outil. Ceci contribue à améliorer le confort du personnel présent à proximité du dispositif de découpe. La présente invention concerne également un procédé de découpe ou de pré-découpe d'emballages thermoformés dans un dispositif tel que décrit ci-dessus, les emballages défilant pas à pas dans une machine d'emballage de type machine de thermoformage de manière à présenter, entre un outil de découpe et une enclume, le film rigide en matériau polymère séparant deux emballages adjacents, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) déplacement de l'enclume selon une première partie de course, au moyen d'un premier actionneur, d'une position écartée de l'outil jusqu'à une position rapprochée de l'outil, de manière à positionner l'enclume à proximité du film séparant deux emballages adjacents ; b) déplacement de l'enclume selon une seconde partie de course, dite fin de course, jusqu'à l'outil de découpe, au moyen d'un deuxième actionneur, de manière à rompre ou à perforer par écrasement ledit film rigide entre l'outil de découpe et l'enclume ; c) retour de l'enclume à sa position écartée initiale selon une course dite course 20 retour. De préférence, chaque entraînement en déplacement de l'enclume est réalisé à l'aide d'un actionneur pneumatique. Outre les avantages décrits ci-dessus, ces actionneurs sont notamment plus économiques que des actionneurs hydrauliques. Enfin le dispositif selon l'invention trouve avantageusement son utilité dans une 25 machine d'emballage de type machine de thermoformage comprenant, de l'amont vers l'aval de ladite machine : - des moyens d'alimentation de film en matériau polymère, - au moins un poste de thermoformage d'alvéole ou de plusieurs lignes et/ou rangées d'alvéoles dans le matériau polymère, 6 2942986 - des moyens de remplissage des alvéoles thermoformées, - des moyens d'alimentation en film souple d'operculage, - un dispositif d'operculage des alvéoles remplies pour former des emballages, - des moyens de défilement longitudinal pas à pas des emballages, 5 - éventuellement au moins un poste de découpe longitudinal du film rigide destiné à séparer plusieurs lignes d'emballages, - un dispositif de découpe ou de pré-découpe transversale d'emballages tel que décrit ci-dessus, permettant d'obtenir des emballages individuels ou des groupes d'emballages. 10 D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous d'un mode de réalisation pris comme exemple illustratif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique d'une machine thermoformeuse 15 incluant un dispositif de découpe ; Les figures 2a à 2e schématisent les différentes séquences d'un cycle de découpe d'emballages au moyen du dispositif de découpe selon l'invention ; La figure 3 est une vue en perspective du dispositif de découpe selon l'invention ; La figure 4 est une vue en perspective de l'outil selon l'invention ; La figure 5 est un schéma de la figure 4 éclaté du porte-outil et de l'outil ; La figure 6 est un schéma éclaté des actionneurs du dispositif selon l'invention. Le dispositif de découpe 1, objet de l'invention, est destiné à la découpe d'emballages 2 dans une machine d'emballage de type machine de thermoformage 3, appelée aussi thermoformeuse, connue en soi, et schématisée à la figure 1, dont le dispositif et le fonctionnement sont rappelés ci-après. La machine de thermoformage est alimentée en continu à partir d'un rouleau 4 de film en matériau polymère (PVC, PET, PP, PS, ...) qui constitue le film à thermoformer. Si ce dernier est rigide, il traverse tout d'abord un dispositif de préchauffage 5 avant 7 2942986 d'atteindre le poste de thermoformage 6 dans lequel une alvéole 7 ou une rangée d'alvéoles est thermoformée. L'ensemble défile dans le sens de la flèche F jusqu'à un poste de remplissage 8 des alvéoles 7. 5 Les alvéoles remplies sont ensuite operculées, dans un dispositif de scellage 9, par recouvrement d'un film d'operculage 10 permettant d'obtenir un ensemble de rangées et de lignes d'emballages 2 fermés. La séparation en emballages individuels est alors réalisée dans la zone aval de la machine de thermoformage au moyen d'au moins un dispositif de découpe 1 io transversal, qui va être décrit ci-après, et d'au moins un dispositif de découpe longitudinal constitué de lames circulaires 11 rotatives disposées longitudinalement par rapport au sens de déplacement F1. Selon l'invention, le dispositif de découpe 1 transversal, ou de pré-découpe des emballages 2 est, comme schématisé sur les figures 2a à 2e et sur la figure 3, 15 constitué d'un outil de découpe 12 monté sur un porte-outil 13 au-dessous desquels est placée une enclume 14 fixée sur un support 15 d'enclume. L'enclume 14 et son support 15 sont solidaires d'un premier actionneur comprenant un ensemble 16 vérin pneumatique + bielles. L'enclume 14 et son support 15 sont ainsi animés d'un mouvement de translation 20 vertical relatif par rapport à l'outil 12, guidés dans des nervures 17 ménagées dans deux montants 18 parallèles supportant le porte-outil 13, qui peut être réglable en hauteur au moyen de vis micrométriques 34. Un second actionneur, pneumatique, ici sous la forme d'une membrane 19 de type chambre à air est disposé entre le support 15 de l'enclume 14 et l'ensemble 16 vérin + 25 bielles. Cette membrane 19 est par exemple formée d'une gaine textile cylindrique dont l'étanchéité à l'air est obtenue par le collage d'un boyau interne et la présence d'une couche de protection externe, similaire aux tuyaux d'incendie. Cette gaine cylindrique est fermée à ses extrémités par deux brides 20, et équipée de deux valves 21 d'entrée et de sortie d'air. La membrane est prise en sandwich entre deux plateaux métalliques parallèles, un plateau supérieur 22 et un plateau inférieur 23, et peut travailler jusqu'à des pressions de 8 bars environ. Le plateau inférieur 23 est associé à des ressorts de rappel 24, destinés à compresser la membrane une fois celle-ci dégonflée et ainsi à rapprocher les deux plateaux 22 et 23, et à des éléments de guidage 25 permettant un mouvement parallèle des deux plateaux 22 et 23, l'un par rapport à l'autre. L'outil 2 de découpe proprement dit est disposé dans une cassette 26 représentée à la figure 4. L'outil est constitué d'un alignement de couteaux 27 rectilignes entre lesquels sont intercalés des poinçons en forme d'as de carreau 28. Aux extrémités sont prévus lo des poinçons en forme de demi-as de carreau 29. L'alignement des couteaux et poinçons est fermé par des brides 32 de fermeture des extrémités de la cassette 26. Pour les opérations de découpe, le tranchant des couteaux est rectiligne, pour les opérations de pré-découpe, ce tranchant est de type crénelé. Le fond de la cassette renferme également un joint amortisseur 30 plat en 15 polyuréthane, de dureté comprise entre 80 et 100 Shore A, disposé entre deux plaques 31 allongées de grande dureté (supérieure ou égale à 50 HRC) en acier trempé. Le fonctionnement du poste de découpe transversal sur la machine de thermoformage 3, constitué du dispositif de découpe selon la présente invention, est schématisé aux figures 2a à 2e. Un cycle complet comprend les étapes successives suivantes : 20 Figure 2a : montée de l'enclume 14, actionnée par le premier actionneur pneumatique formé de l'ensemble 16 vérin pneumatique + bielle, jusqu'à ce que la face supérieure de l'enclume 14 s'arrête à quelques millimètres (par exemple de 1 à 3 mm) du tranchant des couteaux 27 et poinçons 28, 29. Le verrouillage en position est assuré par la mise à la verticale des bielles guidées dans des chemins de guidage formés par 25 des lumières 33 ; Figure 2b : mise en pression de la membrane 19 afin de mettre en contact l'enclume 14 avec l'outil 2. L'effort généré est contrôlé par un manomètre, la pression est ajustée au minimum pour couper le film. La membrane peut se gonfler jusqu'à environ 4 mm en hauteur, et provoque l'éclatement (schématisé en E) du film rigide entre deux 30 emballages 2 adjacents ; Figure 2c : dégonflage de la membrane 19 une fois le film coupé ; Figure 2d : descente du poste portant l'enclume 14 ; Figure 2e : avance d'un pas, selon la flèche F2, de la rangée d'emballages 2.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de découpe ou de pré-découpe d'emballages (2) thermoformés comprenant au moins un outil (12) de découpe, monté dans un porte-outil (13), une enclume (14) disposée au-dessous dudit outil de découpe, ladite enclume (14) étant actionnée par au moins un vérin pneumatique et montée mobile entre une position écartée de l'outil (12) et une position rapprochée dans laquelle elle coopère avec ledit outil de manière à rompre ou à perforer par écrasement entre l'outil (12) de découpe et l'enclume (14) le film rigide en matériau polymère séparant deux emballages (2) adjacents défilant pas à pas dans une machine d'emballage de type machine de io thermoformage (3), caractérisé en ce que le dispositif comporte, pour le passage de l'enclume (14) de la position écartée à la position rapprochée, au moins deux actionneurs de l'enclume (14) agissant successivement, un premier actionneur de déplacement de l'enclume jusqu'à proximité du film rigide selon une première partie de course et un second actionneur 15 de déplacement selon une deuxième partie de course, dite fin de course, jusqu'à l'outil (12) de découpe, permettant ainsi le contrôle de l'effort de découpe dudit film. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier actionneur est un vérin pneumatique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second actionneur 20 est un actionneur pneumatique formé d'une membrane (19) allongée de type chambre à air, logée entre deux plateaux (22, 23) parallèles portant l'enclume (14), et apte à être gonflée d'air comprimé pour soulever l'enclume et assurer son déplacement de fin de course jusqu'à l'outil (12). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 qu'il comporte un élément amortisseur logé entre le porte-outil (13) et l'outil (12) de découpe. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément amortisseur est formé d'un joint (30) plat pris en sandwich entre deux plaques (31) de dureté élevée, de préférence en acier trempé. 30 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce i0que l'outil (12) de découpe est formé d'au moins un couteau (27) rectiligne monté dans le porte-outil (13). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'outil (12) de découpe comprend un alignement de couteaux (27) rectilignes intercalés entre des poinçons en 5 forme d'as de carreau (28) ou de demi-as de carreau (29). 8. Procédé de découpe ou de pré-découpe d'emballages (2) thermoformés dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, les emballages (2) défilant pas à pas dans une machine d'emballage de type machine de thermoformage (3) de manière à présenter, entre un outil de découpe et une enclume, le film rigide en 10 matériau polymère séparant deux emballages (2) adjacents, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) déplacement de l'enclume (14) selon une première partie de course, au moyen d'un premier actionneur, d'une position écartée de l'outil (12) jusqu'à une position rapprochée de l'outil, de manière à positionner l'enclume (14) à proximité du film 15 séparant deux emballages (2) adjacents ; b) déplacement de l'enclume (14) selon une seconde partie de course, dite fin de course, jusqu'à l'outil (12) de découpe, au moyen d'un deuxième actionneur, de manière à rompre ou à perforer par écrasement ledit film rigide entre l'outil (12) de découpe et l'enclume (14) ; 20 c) retour de l'enclume (14) à sa position écartée initiale selon une course dite course retour. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque entraînement en déplacement de l'enclume (14) est réalisé à l'aide d'un actionneur pneumatique. 10. Machine d'emballage de type machine de thermoformage (3) comprenant, de 25 l'amont vers l'aval de ladite machine : - des moyens d'alimentation de film en matériau polymère, - au moins un poste de thermoformage d'alvéole (7) ou de plusieurs lignes et/ou rangées d'alvéoles (7) dans le matériau polymère, - des moyens de remplissage des alvéoles thermoformées, 12 2942986 - des moyens d'alimentation en film souple d'operculage (10), - un dispositif d'operculage des alvéoles remplies pour former des emballages (2), - des moyens de défilement longitudinal pas à pas des emballages, - éventuellement au moins un poste de découpe longitudinal du film rigide destiné 5 à séparer plusieurs lignes d'emballages, - un dispositif (1) de découpe ou de pré-découpe transversale d'emballages conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, permettant d'obtenir des emballages individuels ou des groupes d'emballages.