Brevet FR2947202A1 — publié le 20101231

OUTIL DE COUPE PAR ULTRASONS Domaine technique de l'invention L'invention est relative aux outils de coupe industriels, notamment du type comprenant une lame excitée par ultrasons perpendiculairement à son fil. État de la technique Il existe deux catégories principales d'outils industriels de coupe à lame. Dans une première catégorie, destinée à la découpe d'objets filandreux (viandes et poissons), la lame a un fil dentelé et on lui imprime un mouvement dans le sens du fil tandis qu'elle est enfoncée dans l'objet. La lame peut être. circulaire entraînée en rotation, ou bien droite animée d'un mouvement alternatif ou continu (scie à ruban). La lame a tendance à adhérer à l'objet découpé. De ce fait, l'objet doit être fermement maintenu afin qu'il ne suive pas le mouvement de la lame. Lorsque l'objet est mou (viande ou poisson cru), l'objet doit même être encerclé à proximité de la lame afin que la coupe soit aussi droite et uniforme que possible. Ceci rend plus complexe l'automatisation des opérations de découpe. En outre, la lame arrache de la matière dans la zone de coupe. Une partie de la matière arrachée est projetée aux environs de l'outil, et une autre partie de la matière colle à la lame et l'encrasse. Ainsi, l'outil et la lame doivent être nettoyés régulièrement, ce qui provoque des arrêts de production. Les lames doivent être affûtées ou changées régulièrement du fait des frottements et de l'encrassement que subit leur fil. Dans une deuxième catégorie, destinée à la découpe d'objets non filandreux, la lame a un fil droit et elle est excitée par ultrasons perpendiculairement à son fil tandis qu'elle est enfoncée dans l'objet. La lame n'est pas soumise à un déplacement dans le sens du fil. Les vibrations ultrasoniques, bien que de faible amplitude, ont une telle accélération que l'objet ne tend pas à adhérer à la lame - elles ont un effet � anti-adhérent �. Par ailleurs, les vibrations ultrasoniques offrent un grand pouvoir de pénétration. Il en résulte que la lame n'a pas besoin d'être affûtée, que la lame n'est pas encrassée par de la matière coupée, et que les objets à découper n'ont pas besoin d'être fermement maintenus. Néanmoins, la coupe par ultrasons n'est pas adaptée à l'heure actuelle à la découpe d'objets filandreux, surtout mous, comme la viande et le poisson crus. Malgré l'efficacité de coupe des ultrasons, la lame ne parvient pas à trancher les fibres et nerfs de la viande de manière nette et rapide. Les nerfs sont entraînés sur une certaine distance par la lame dans son mouvement de pénétration, de sorte que la coupe est irrégulière et parfois même incomplète, c'est-à-dire que des tranches peuvent rester reliées l'une à l'autre par des nerfs en fin de coupe, ce qui provoque des arrêts qui nuisent gravement à la productivité d'une chaîne industrielle. Ce défaut est particulièrement grave dans le cas de la découpe de produits de forte valeur ajoutée (foie gras, produits fumés ou confits). Résumé de l'invention On constate qu'il existe un besoin d'un outil de coupe par ultrasons adapté à des objets filandreux, notamment mous, comme la viande et le poisson crus. Pour satisfaire ce besoin, on prévoit notamment un outil de coupe comprenant une lame et un transducteur à ultrasons agencé pour exciter la lame par ultrasons perpendiculairement à son fil. Le fil de la lame a un profil dentelé dépourvu d'angles rentrants, par exemple sous la forme d'une succession d'arcs d'ellipse dont les centres sont sur une droite parallèle au fil et située à l'extérieur du corps de la lame. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation 30 d'outil de coupe par ultrasons adapté à la découpe d'objets filandreux la figure 1 b représente un agrandissement du fil de la lame de l'outil de la figure 1 ; la figure 2 représente une vue en perspective d'un perfectionnement de l'outil de coupe de la figure 1 ; et - les figure 3a et 3b représentent des détails de l'outil de la figure 2. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention Dans un outil de coupe industriel par ultrasons visé par la présente demande de brevet, on prévoit d'utiliser une lame à fil dentelé. On a déjà envisagé d'utiliser un fil dentelé sur une lame excitée par ultrasons. io Mais ces tentatives ont jusqu'à maintenant été infructueuses. La lame se fissurait et devenait inutilisable de manière prématurée. L'inventeur a constaté que cette fissuration était due à la présence d'angles rentrants le long du fil de la lame, provoquant des amorces de rupture que les contraintes infligées par les ultrasons finissaient par étendre rapidement. Par 15 angle � rentrant � on entend un angle inférieur à 180° formé par une zone vide de la dentelure (ou bien un angle supérieur à 180° formé par la matière de la lame). De tels angles � rentrants � sont présents, par exemple, sur une dentelure triangulaire ou en � dent de scie �. Ainsi, les dentelures de la lame décrite ici seront telles qu'elles ne présentent 20 aucun angle � rentrant �. La figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un tel outil de coupe. L'outil comprend une lame 10 dont la forme globale est classique pour une lame de coupe par ultrasons. Elle comprend, à sa partie supérieure, une partie épaisse de forme générale parallélépipédique et, à sa 25 partie inférieure, une partie qui va en s'amincissant vers le bas pour se terminer par un tranchant 12. Le tranchant 12 a un fil dentelé dont le détail sera décrit en relation avec la figure 1 b. La partie épaisse supérieure de la lame 10 est raccordée à un transducteur à ultrasons 14 par un amplificateur mécanique 16 destiné à transmettre à la lame 30 les vibrations ultrasonores verticales produites par le transducteur. Le transducteur 14 est alimenté par un générateur électrique non représenté. L'amplificateur 16 est pris dans une équerre 18 servant à fixer l'ensemble à un bâti d'une machine de coupe. La figure 1 b représente une vue partielle agrandie du tranchant 12 de la lame, montrant un exemple de fil dentelé dépourvu d'angles rentrants. Le fil comporte une succession d'arcs d'ellipse 20 dont les centres se trouvent sur une droite D parallèle au fil et située, dans le plan de la lame, à l'extérieur du corps de la lame. Les raccords entre les arcs d'ellipse forment des pointes. Le tranchant 12 comporte, sur sa face représentée, une succession de facettes cylindriques ou tronconiques en creux. En supposant que le plan de la lame est vertical, comme cela est représenté, l'axe de chaque facette se trouve dans un plan vertical perpendiculaire au plan de la lame et forme un angle aigu avec le plan de la lame. Les arcs d'ellipse 20 sont formés à l'intersection de chaque facette avec la face arrière du tranchant 12, cachée dans les figures. Cette face arrière peut être plane ou bien munie, elle aussi, de facettes cylindriques ou tronconiques. On forme ainsi un fil de lame dépourvu d'angles rentrants et muni néanmoins d'une dentelure à pointes acérées. Ces pointes offrent un pouvoir de pénétration important par rapport à un fil droit, ce pouvoir de pénétration se propageant le long des flancs inclinés partant des pointes. Grâce à ce type de fil, l'outil de coupe par ultrasons peut être utilisé pour découper tous types d'objets, notamment mous et filandreux, de manière efficace, tout en conservant les avantages de la coupe par ultrasons, à savoir le pouvoir anti-adhérent, la coupe nette sans arrachement de matière, l'absence du besoin d'affûter la lame, et des mesures limitées de maintien de l'objet à découper pendant l'opération. Dans certaines circonstances, il peut arriver que la lame rencontre des difficultés à trancher des filaments situés au niveau des creux des dentelures. En effet, à ce niveau, l'efficacité du profil est à son minimum, proche de celle d'un fil droit. Pour éviter cet inconvénient, on peut prévoir de déplacer la lame selon un mouvement alternatif dans le sens du fil pendant l'opération de coupe. La fonction de ce mouvement n'est pas de provoquer un effet de tranchage tel qu'exploité avec une lame dentelée classique. Ici, il s'agit de faire décrire aux pointes du profil l'ensemble de la longueur du fil, pour qu'en tout point du fil l'objet à découper subisse l'effet pénétrant d'une pointe et soit découpé par le seul effet des vibrations ultrasonores. Ainsi, le mouvement alternatif peut être de faible amplitude, limité à un pas de la dentelure. Le pouvoir anti-adhérent provoqué par les vibrations ultrasonores conserve son effet bénéfique lors de ce mouvement alternatif. La lame n'adhère pas à l'objet et ne tend pas à l'entraîner dans son mouvement. Ainsi, le maintien de l'objet pendant la coupe peut rester sommaire. On conserve bien entendu les autres avantages mentionnés de la coupe par ultrasons. Dans cette configuration, l'outil pourra même découper des produits congelés en dessous de -11°C, ce qui n'était pas faisable de manière industrielle avec les outils existants. La figure 2 représente une vue en perspective de l'outil de la figure 1 monté sur un mode de réalisation d'actionneur permettant d'imprimer à la lame un mouvement alternatif dans le sens du fil. Les éléments de l'outil de la figure 1 sont désignés par des mêmes références. L'équerre 18 est fixée sur un coulisseau 22 guidé sur un support 24. Le coulisseau est agencé pour glisser parallèlement au fil de la lame 10 par rapport au support 24. Le corps d'un moteur 26 est fixé sur le support 24 du côté opposé au coulisseau 22. L'axe de ce moteur traverse le support 24 et entraîne une came 28 en prise avec un ergot 30 solidaire du coulisseau 22. La rotation du moteur 26 est ainsi transformée en un mouvement linéaire alternatif du coulisseau 22, ce mouvement linéaire étant transmis à la lame 10. Afin de limiter les vibrations produites par le mouvement alternatif de l'outil de coupe, on prévoit un contrepoids 32 de même masse que l'outil de coupe et qui est déplacé en opposition de phase par rapport à l'outil de coupe. Le contrepoids 32 est fixé sur un coulisseau 34 qui est guidé sur le support 24 dans l'alignement du coulisseau 22, de l'autre côté de la came 28. Le coulisseau 34 comporte également un ergot 36 en prise avec la came 28. La came 28 a un profil symétrique, de sorte que les coulisseaux 22 et 34 sont déplacés en opposition de phase par la came 28 et le moteur 26. Avec cette configuration, l'outil de coupe pourra être entraîné en va et vient à une fréquence allant jusqu'à 120 Hz. Les figures 3a et 3b représentent un exemple de came 28 à ses deux positions extrêmes. La came 28 présente un chemin elliptique centré sur l'axe du moteur, dans lequel sont engagés les ergots 30 et 36. A la figure 3a, le grand axe du chemin elliptique de la came est dans l'alignement des coulisseaux 22 et 34. Les coulisseaux sont à la position la plus éloignée l'un de l'autre. A la figure 3b, le petit axe du chemin elliptique de la came est dans l'alignement des coulisseaux 22 et 34. Les coulisseaux sont à la position la plus proche l'un de l'autre. 10 La demi différence entre le grand axe et le petit axe du chemin elliptique définit l'amplitude du mouvement de l'outil de coupe. Comme on l'a précédemment indiqué, cette amplitude est de préférence supérieure au pas de la dentelure, de sorte que les pointes de la dentelure décrivent l'ensemble de la longueur du fil de la lame au cours de l'opération de coupe. 15 De nombreuses variantes et modifications de l'outil de coupe par ultrasons décrit ici apparaîtront à l'homme du métier. Bien qu'on ait décrit un profil du fil de la lame en arcs d'ellipse, on peut prévoir toute autre forme de profil ne présentant pas d'angle rentrant. Bien qu'on ait décrit un mouvement alternatif dans le sens du fil de la lame, on pourra prévoir d'autres composantes de 20 mouvement, par exemple une rotation d'axe perpendiculaire au plan de la lame afin d'obtenir un mouvement pendulaire. Revendications1. Outil de coupe comprenant une lame (10) et un transducteur à ultrasons (14) agencé pour exciter la lame par ultrasons perpendiculairement à son fil, caractérisé en ce que le fil de la lame a un profil dentelé dépourvu d'angles rentrants. 2. Outil de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil du fil de la lame comporte une succession d'arcs d'ellipse dont les centres sont sur une droite (D) parallèle au fil et située à l'extérieur du corps de la lame (10). io 3. Outil de coupe selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tranchant (12) de la lame comporte sur au moins une face une succession de facettes cylindriques ou tronconiques en creux, les arcs d'ellipse du fil étant formés par l'intersection des facettes avec la face opposée du tranchant. 4. Outil de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un 15 actionneur (26, 28, 30) agencé pour déplacer la lame (10) en alternance dans le sens de son fil. 5. Outil de coupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'actionneur comprend un système à ergot (30) et came (28), l'ergot étant en liaison (18, 22) avec l'ensemble du transducteur (14) et de la lame (10), et la came étant 20 entraînée par un moteur (26). 6. Outil de coupe selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un contrepoids (32) déplacé par l'actionneur (26, 28, 36) en opposition de phase par rapport à l'ensemble du transducteur et de la lame. 7