Brevet FR3069182A1 — publié le 20190125

MACHINE DE FABRICATION D'ARTICLES EN PLASTIQUE PAR SOUFFLAGE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]L'invention se rapporte au domaine de l'emballage et plus particulièrement de la fabrication par soufflage de bouteilles ou autres articles à partir d'une feuille en plastique semi rigide c'est-à-dire qui a tendance à reprendre sa forme initiale après déformation. Les matières de type polypropylène ou PEND ou équivalents, sont plus particulièrement concernées par l'invention. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]Dans le document FR 2 851 227 on décrit un dispositif et un procédé de soufflage de récipients formés à partir d'une bande plastique thermo formable. Le procédé propose de conformer la bande en un tube qui est chauffé puis introduit dans un moule. De l'air injecté dans le tube permet de le déformer en appliquant sa paroi contre la surface interne de l'empreinte du moule. Sur ce principe, une machine est décrite dans ce document antérieur ; la machine divulguée dans ce document comprend un bâti sur lequel sont montés, successivement le long d'une trajectoire rectiligne de la bande dans la machine, une canne de soufflage raccordée à un organe de distribution d'air et coaxiale à une direction longitudinale de la bande, un conformateur agencé autour de la canne de soufflage pour ramener des bords longitudinaux de la bande au voisinage l'un de l'autre de manière à conformer la bande en un tube autour de la canne de soufflage, un organe de soudage des bords adjacents de la bande conformée en tube, au moins un organe de chauffage de la bande, un moule comportant deux parties mobiles relativement l'une à l'autre, et un dispositif d'entraînement de la bande le long de sa direction longitudinale. L'organe de soufflage, l'organe de soudage, l'organe de chauffage, le moule et le dispositif d'entraînement sont reliés à une unité de pilotage qui est agencée pour commander ceux-ci de manière à mettre en oeuvre le procédé de soufflage. [0003]De nombreuses autres machines basées sur ce même principe sont connues par ailleurs. 2 [0004] Par exemple le document FR 3 018 723 décrit une machine apte à fabriquer par soufflage des articles en plastique à partir d'une feuille de plastique semi-rigide. Cette machine est dite C cyclique' en ligne et elle comprend au moins une canne de guidage associée à un conformateur pour former des tubes à partir 5 de bandes, des moyens de soudage des bords des articles, des moyens de chauffage, de soufflage des tubes dans des moules. [0005]On connait aussi le document FR 2 933 958 qui précise les moyens de conformation en cylindre, dotés de deux mâchoires caractéristiques mobiles et arrangées autour d'une canne ; l'une des mâchoires présente une lumière en 10 regard de laquelle on place des moyens de soudage. [0006]On s'est aperçu que l'art antérieur, bien que permettant de fabriquer des bouteilles en plastique exemptes de défauts, présente des limitations en termes de cadences et de fiabilité. D'autre part cette technologie ne permet pas de gérer facilement des épaisseurs de feuilles plastiques aptes à produire des emballages 15 de volume supérieur à 500 ml ou équivalents. Les particularités techniques de telles installations en rendent son coût important. EXPOSE DE L'INVENTION [0007] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et notamment à proposer une machine de fabrication d'articles en plastique par 20 soufflage, comprenant successivement le long du trajet de fabrication : un rouleau de matière plastique et des moyens d'entrainement en rotation dudit rouleau ; un moyen de découpage de la matière plastique en bandes longitudinales ; au moins un conformateur apte à former des tubes à partir desdites bandes. [0008] Pour ce faire est proposé selon un premier aspect de l'invention une 25 machine qui comprend en outre des moyens de soudage longitudinal desdits tubes, fixes par rapport aux tubes mobiles ; des moyens de découpe transversale des tubes, aptes à former des tronçons de tubes ou préformes ; des moyens de maintien et de déplacement des tronçons de tubes perpendiculairement à leur axe longitudinal ; au moins un four de chauffage dans lequel se déplacent lesdits 30 tronçons de tube (préformes) en position verticale selon une trajectoire 3 horizontale ; une première tourelle de support de moules dont la vitesse de rotation est synchronisée par une unité de pilotage avec la vitesse des tronçons de tubes en sortie du four de sorte à loger lesdits tronçons dans les moules ; des moyens de traitement des tronçons de tubes (préformes) au niveau de la 5 première tourelle; des moyens de soufflage d'un fluide sous pression dans les moules afin de donner une forme définitive aux préformes c'est-à-dire de former des bouteilles ; une deuxième tourelle dont la vitesse est synchronisée avec la vitesse de ladite première tourelle et apte à évacuer les bouteilles en dehors desdits moules, ladite synchronisation étant opérée par l'unité de pilotage. 10 [0009]On décrit ici une machine dans laquelle le plastique défile en continue devant un poste de soudage fixe après avoir été conformé et avant d'être découpé en tronçons, en amont d'un four qui est globalement horizontal et donc d'accès facile notamment pour la maintenance. Bon nombres d'avantages notamment en ce qui concerne l'ergonomie sont induits par ces éléments 15 caractéristiques, comme il sera détaillé ci-après. Le fonctionnement par défilement en continu des produits à fabriquer permet de limiter les usures et les casses mécaniques, de s'affranchir des problèmes de vibration et de travailler à des cadences élevées. [0010]Selon l'invention, ledit moyen de soudage comprend au moins une 20 sonotrode apte à réaliser un soudage en continu, par des soudures longitudinales desdits tubes, ladite sonotrode coopère avec une enclume et des moyens de mise en contrainte de la feuille plastique. Plus précisément, ladite enclume présente un profil apte à concentrer l'énergie de soudure selon une ligne. [0011]Autrement dit, le plastique défile en continu devant le poste de soudure qui 25 est fixe (principe d'une couture dans une machine à coudre). La vitesse de soudure est élevée, plus importante que dans les machines de l'art antérieur dans lesquelles il est nécessaire de lever la sonotrode (apte au soudage) à chaque transfert du plastique. De plus un nombre réduit de têtes de soudage est nécessaire ; on réduit ainsi le nombre de réglages de position des têtes de 30 soudage. 4 [0012] En outre, le conformateur comprend des moyens de mise en forme placés en amont du moyen de soudage, tels que des diabolos. [0013] Le positionnement du plastique dans le conformateur tubulaire est mieux maitrisé. Le plastique étant directement guidé vers sa position de soudage en 5 butée sur ses deux bords latéraux. Le conformateur selon l'invention ne s'ouvre pas et ne se ferme pas à chaque cycle puisque c'est la matière plastique qui glisse jusqu'à la position de soudure. La fiabilité du positionnement du recouvrement plastique s'en trouve améliorée, et donc celle de la soudure elle-même. 10 [0014] De façon intéressante, lesdits moyens de maintien des tronçons de tube dans le four permettent en outre la rotation desdits tronçons autour de leur axe longitudinal lorsque lesdits tronçons circulent dans ledit four. Ceci assure une homogénéité de chauffe desdits tronçons sur tout leur pourtour. De plus les tronçons présentant une hauteur sensiblement égale à la hauteur finale de la 15 bouteille et étant individuellement maintenus en partie haute et en partie basse, les risques d'affaissement et/ou de torsion et/ou de déformation dans le four sont minimisés. [0015] Avantageusement, ledit four comprend des moyens tels que des lampes de chauffage par rayonnement, disposées à proximité de la trajectoire desdits 20 tronçons. De façon intéressante on peut ajouter des miroirs en face des lampes de chauffage ce qui réduit encore la consommation énergétique du four, toutes choses égales par ailleurs. [0016] En outre, l'unité de pilotage permet une synchronisation entre la vitesse de rotation de ladite première tourelle et la vitesse de déplacement des moyens de 25 maintien des tronçons de tubes dans ledit four. [0017] Par ailleurs, les moyens de traitement desdites préformes dans la première tourelle comprennent des moyens pour ouvrir et fermer ledit moule, de façon synchronisée avec le soufflage dudit fluide à l'intérieur desdites préformes placées dans le moule. 5 [0018]Préférentiellement, le plastique dans le four est chauffé à une température moyenne d'environ 150°C. [0019]Selon un mode de réalisation de l'invention, les navettes coopèrent avec des moyens de maintien des préformes en deux points à proximité de leurs 5 extrémités longitudinales. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0020][001]D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - la figure 1, un schéma global des principaux postes fonctionnels mis en 10 oeuvre selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2, un schéma des postes de découpe longitudinale, de soudure et de découpe en tronçons ; - la figure 3, une perspective du poste de soudage ; - la figure 4, une vue de face du poste de soudage ; 15 - la figure 5, un schéma détaillé des moyens de soudage ; et - les figures 6 à 11, les principales étapes mises en oeuvre par la machine selon l'invention. [0021]Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. 20 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0022]De façon connue en soi, un rouleau 1 de feuille de matière plastique constitue l'alimentation en matière première ; ce rouleau est motorisé de façon à créer une rotation autour de son axe principal. La flèche 2 sur la figure 2 symbolise l'entrainement en rotation. De façon connue aussi, des moyens 3 de 25 découpage longitudinal c'est-à-dire selon la longueur de la feuille plastique sont prévus juste en aval du rouleau 1. Les moyens 3 sont visibles, schématisés par deux cylindres sur la figure 2. Tout moyen connu en soi peut être ici choisi. Les bandes de matière plastique ainsi formées sont ensuite maintenues et déplacées vers au moins un conformateur afin de former des tubes à partir desdites bandes. 30 La laize de chaque bande correspond au périmètre du tube à fabriquer. 6 [0023]De façon innovante la ou chaque bande est alors soudée longitudinalement en continu par des moyens de soudage appropriés 5; de préférence on utilise une technologie à base d'ultra sons telle qu'une sonotrode pour réaliser ce soudage en continu. 5 [0024] Les figures 3 à 5 illustrent un poste de soudage selon l'invention. Plus précisément la figure 3 montre que le poste de conformation et de soudage (encore appelé moyens de soudage dans ce texte) comprend notamment des diabolos fixes 40 de mise en forme qui maintiennent la feuille plastique 100 en forme de tube, tout en autorisant une translation selon l'axe longitudinal du tube 10 mis en forme. Un nombre adéquate de diabolos est choisi afin d'entourer la feuille plastique et de lui donner sa forme finale ou quasi finale. En aval des diabolos 40 de mise en forme, une sonotrode 50 ou tout moyen techniquement équivalent est prévue et constitue la partie vibrante du module ultrasons. La vibration crée un échauffement du plastique par frottement entre les deux bords latéraux de la 15 feuille plastique 100. La figure 5 montre mieux le positionnement de la feuille plastique sem i rigide 100 et en particulier on voit que ses deux bords latéraux sont en butée latéralement afin de parfaitement maîtriser la largeur de recouvrement d'un bord sur l'autre juste en amont de la soudure. Puis les deux bords positionnés l'un sur l'autre glissent sur une pièce nommée enclume 52 qui est une 20 contre-partie fixe et rigide. Le positionnement des bords latéraux de la feuille plastique est ici bien maîtrisé. Ceci permet de mettre en oeuvre des profils d'enclume 52 aptes à concentrer l'énergie de soudure sur une ligne et positionné par rapport au recouvrement des deux bords de la feuille plastique. On comprend que le profil de l'enclume 52 est choisi et calculé avec soin. Par ailleurs des 25 diabolos 53 de mise en contrainte du plastique 100 contre la butée de l'enclume 52 sont en outre prévus, au niveau et sous la sonotrode 50. Des galets 54 sont placés au-dessus de l'enclume 52 afin de conforter le positionnement de la feuille plastique à ce niveau c'est-à-dire à proximité immédiate de la sonotrode 50. A l'arrêt, la sonotrode 50 est relevée afin de permettre la mise en place de la feuille 30 plastique 100; bien entendu en phase de soudage, la sonotrode 50 est appliquée contre le recouvrement plastique des deux bords latéraux de la feuille 100, à pression constante, afin de faire fondre le plastique à ce niveau et de réaliser la 7 soudure. Ainsi le plastique est mis en forme en continue puis soudé au plus près avec une sonotrode courte. La soudure obtenue est parfaitement homogène sur sa longueur car le recouvrement bord à bord est constant et maîtrisé lors de la soudure. 5 [0025] Une telle soudure en continue permet de s'affranchir du recouvrement de soudure d'un pas sur l'autre. De façon connue, en fonctionnement dit cyclique, pour assurer un trait de soudure continue de bonne qualité, une zone de recouvrement de soudure est nécessaire entre chaque pas. La zone de recouvrement de la soudure est une zone de fragilité mécanique. Cette technique 10 connue pose des problèmes car les bouteilles ayant des hauteurs différentes il est alors nécessaire de dimensionner la sonotrode pour le format de bouteille le plus grand, de sorte que la zone de recouvrement peut être importante si l'écart de hauteur entre la plus petite et la plus grande bouteille à fabriquer, est important. La présente invention, par la soudure longitudinale continue, évite ce problème. 15 De plus la vitesse de soudure peut être plus importante que dans l'art antérieur connu. A titre illustratif la vitesse de soudure selon l'invention est de l'ordre de 300 à 500 mm par seconde tandis que de façon connue cette vitesse est inférieure à 100 mm par seconde. [0026] Le nombre de têtes de soudure est réduit vis-à-vis de l'art antérieur, toutes 20 choses égales par ailleurs. Ainsi, pour fabriquer 20 000 bouteilles par heure, l'invention prévoit trois ou quatre têtes de soudure en fonction notamment de la taille des bouteilles, et de l'épaisseur du plastique ; l'art antérieur en nécessite quatorze. Autrement dit, on divise par 3 ou 4 le nombre de têtes de soudure , ce qui représente une économie certaine sachant par ailleurs que les têtes de 25 soudure représentent l'équipement le plus cher de l'installation. Par ailleurs on choisit des têtes de soudure de petite dimension et des générateurs de moindre puissance donc peu onéreux. A titre illustratif, des têtes de sonotrode commercialisées sous les marques Branson, Hermann ou Dukane, de 20 kH dotés de générateurs de moins de 1000 Watts peuvent être utilisées même à des 30 cadences élevées. 8 [0027] Cette simplification liée au nombre réduit de têtes de soudure, réduit aussi le réglage de la position des têtes. De plus, les pertes de matière au démarrage sont faibles. On souligne à nouveau que les têtes de soudure sont fixes ; c'est la matière plastique qui est en mouvement de défilement et qui est aisément 5 positionné, de façon maîtrisée, préférentiellement au-dessous des têtes de soudure. Une fiabilité de soudure est ainsi obtenue selon l'invention. De plus le défilement continu induit une précision de soudure par la précision du positionnement ; il est ici facile de mettre en oeuvre un directeur d'énergie afin d'optimiser la soudure par ultrasons. Le directeur d'énergie est un profil sur 10 l'enclume de soudure qui permet de concentrer les ultrasons sur une ligne. [0028]En aval du poste de formation des tubes, relativement au sens de défilement de la matière plastique 100 dans la machine de fabrication selon l'invention, on prévoit des moyens 6 de découpe transversale des tubes aptes à former des tronçons de tube 10. En soi, cette découpe est connue. 15 [0029] Selon l'invention, chaque tronçon 10 encore appelé préforme dans la suite de ce texte, est maintenu verticalement et transporté sur des moyens spécifiques appelés navettes. De façon particulière, la préforme 10 tourne autour de son axe longitudinal qui est vertical. Les préformes issues des différents postes de découpe sont regroupées et alignées selon une ligne de transport comme le 20 montre la figure 1. [0030] De façon intéressante, les préformes 10 sont transportées dans les navettes vers et à travers un four 8 de chauffage dans lequel elles sont déplacées par tout moyen connu en soi qui de ce fait ne sera pas décrit en détail. Un seul four 8 est ici nécessaire, contrairement à l'art antérieur connu qui nécessite un 25 four par piste. Dans le four 8, les préformes 10 sont chauffées préférentiellement par des lampes de chauffage par rayonnement (non représentées sur les figures) disposées à proximité de la trajectoire des préformes. En outre on peut placer des miroirs en face des lampes afin d'améliorer le chauffage par la réduction du nombre de lampes et donc la consommation électrique. A titre illustratif, la 30 température moyenne du plastique dans le four 8 est d'environ 150°C. Par ailleurs 9 le four 8 qui correspond à un volume globalement horizontal, est ainsi facilement accessible. [0031]Les préformes 10 ne quittent la navette que lorsqu'elles sont prises en charge à l'étape suivante par un moule 11. 5 [0032]En sortie de four 8, les navettes qui supportent les préformes 10 permettent de les transférer, grâce à une synchronisation avec une première tourelle 9 ou carrousel, une à une dans des moules 11 placés sur la première tourelle 9 qui est en rotation autour de son axe principal vertical. De façon plus précise, les navettes sont transférées dans les moules au moment où chaque 10 moule 11 passe à travers la navette. On synchronise la navette avec la première tourelle 9 au moment de la fermeture du moule 11.Une unité de pilotage permet cette synchronisation. Les figures 6 à 11 illustrent le traitement des préformes 10 jusqu'à leur placement dans le moule 11, avant l'étape de soufflage. Les navettes sont en fait constituées d'embouts 12 montés à chaque extrémité d'une préforme 15 10, qui tout en supportant les préformes 10, les font tourner autour de leur axe longitudinal XY. Tout moyen connu en soi apte à ce support et cette rotation est choisi de façon approprié par l'homme de métier ; ces moyens ne seront donc pas davantage décrits. A titre illustratif la mise au pas et la synchronisation des navettes peut être réalisée par une vis sans fin synchrone avec la première 20 tourelle 9. [0033] Le nombre de moules du carrousel 9 est théoriquement indépendant du nombre de têtes de soudure 5 ; cependant on prévoit environ quatre à cinq moules pour une tête de soudure 5, soit seize à vingt moules pour quatre têtes de soudure. 25 [0034] La configuration caractéristique de l'invention permet de bien maîtriser la position de la soudure de la préforme 10 dans le moule 11. Il est ainsi possible d'orienter précisément la position de la préforme 10 au moment de la fermeture du moule 11 et ainsi de positionner la soudure à un endroit précis sur la bouteille finale. Ceci est particulièrement intéressant pour des bouteilles ovales, afin 30 d'éviter la soudure au milieu des faces principales. 10 [0035] En sortie du four 8, la préforme 10 est chaude et elle est enfermée dans un moule 11 préférentiellement en deux parties (qui s'ouvre selon un plan médian vertical). Les figures 7 à 11 illustrent cette étape. [0036] Comme montré sur la figure 11, un bec de soufflage 13 est placé en partie 5 supérieure du moule 11, après sa fermeture. L'étanchéité en partie supérieure du moule 11 est réalisée entre ledit bec de soufflage 13 et le moule 11, grâce à la feuille de plastique interposée entre ces deux éléments. Une fois le moule fermé et le bec placé en partie supérieure, le bec 13 insuffle de l'air sous pression ce qui pousse le plastique contre la paroi intérieure froide du moule 11. Au contact de la 10 paroi intérieure du moule 11, le plastique se durcit en prenant la forme souhaitée. Une bouteille est ainsi formée et elle est ensuite dirigée vers une deuxième tourelle 14 dont la rotation est synchronisée avec la rotation de la première tourelle 9. Cette technologie dite de soufflage rotatif permet de dissocier l'étape de soufflage de l'étape de soudure. Il est ainsi possible avoir un grand nombre de 15 moules, augmenter la vitesse de soudure indépendamment de la durée du soufflage. De hautes cadences sont donc possibles, par exemple de l'ordre de 20 000 à 30 000 bouteilles par heure. [0037] De plus le moyen de commande du soufflage, tel qu'une électrovanne, peut être placée au plus près du moule 11 ; la durée du soufflage est courte, de 20 l'ordre de deux à trois secondes ; le débit de soufflage est important ; les pertes de charge sont faibles ; la durée d'évacuation de la surpression dans la bouteille après soufflage est faible, de l'ordre de 0.2 secondes. De plus un soufflage rotatif permet de traiter des épaisseurs importantes de l'ordre de 1 à 1.5 mm sans pour autant réduire la vitesse de la machine ; l'art antérieur équivalent traite des 25 épaisseurs de l'ordre de 0.8 à 1 mm. [0038] Au niveau de la deuxième tourelle 14 chaque bouteille est extraite de son moule 11. [0039] De ce qui précède il ressort que la machine selon l'invention permet de limiter les usures, les casses, d'éviter les problèmes de vibration et d'obtenir des 11 cadences importantes par exemple de l'ordre de 20 000 à 30 000 bouteilles par heure, REVENDICATIONS1. Machine de fabrication d'articles en plastique par soufflage, comprenant successivement le long du trajet de fabrication : un rouleau (1) de matière plastique et des moyens (2) d'entrainement en rotation dudit rouleau ; un moyen (3) de découpage de la matière plastique en bandes longitudinales ; au moins un conformateur (4) afin de former des tubes à partir desdites bandes caractérisé en ce qu'elle comprend en outre des moyens (5) de soudage longitudinal desdits tubes, fixes par rapport aux tubes mobiles ; des moyens (6) de découpe transversale des tubes, aptes à former des tronçons de tubes ou préformes (10) ; des moyens (12) de maintien et de déplacement des tronçons de tubes perpendiculairement à leur axe longitudinal ; au moins un four de chauffage (8) dans lequel se déplacent lesdits tronçons de tube (préformes) en position verticale selon une trajectoire horizontale ; une première tourelle (9) de support de moules (11) dont la vitesse de rotation est synchronisée par une unité de pilotage avec la vitesse des tronçons de tubes en sortie du four (8) de sorte à les loger dans les moules (11) ; des moyens de traitement des tronçons de tubes (préformes) au niveau de la première tourelle (9) ; des moyens (13) de soufflage d'un fluide sous pression dans les moules (11) afin de donner une forme définitive aux préformes c'est-à-dire de former des bouteilles ; une deuxième tourelle (14) dont la vitesse est synchronisée avec la vitesse de ladite première tourelle (9) et apte à évacuer les bouteilles en dehors desdits moules, ladite synchronisation étant opérée par l'unité de pilotage. 2. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit moyen de soudage (5) comprend au moins une sonotrode (50) apte à réaliser un soudage en continu, par des soudures longitudinales desdits tubes, ladite sonotrode coopère avec une enclume (52) et des moyens de mise en contrainte de la feuille plastique (100). 3. Machine selon la revendication 2 caractérisée en ce que ladite enclume (52) présente un profil apte à concentrer l'énergie de soudure selon une ligne. 13 '4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit conformateur (4) comprend des moyens de mise en forme placés en amont du moyen de soudage, tels que des diabolos (40). 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée 5 en ce que lesdits moyens (12) de maintien des tronçons de tube (10) dans ledit four (8) permettent en outre la rotation desdits tronçons autour de leur axe longitudinal lorsque lesdits tronçons circulent dans ledit four (8). 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit four (8) comprend des moyens tels que des lampes de 10 chauffage par rayonnement, disposées à proximité de la trajectoire desdits tronçons. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'unité de pilotage permet une synchronisation entre la vitesse de rotation de ladite première tourelle (9) et la vitesse de déplacement des moyens 15 de maintien des tronçons de tubes dans ledit four. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens de traitement desdites préformes dans la première tourelle (9) comprennent des moyens pour ouvrir et fermer ledit moule, de façon synchronisée avec le soufflage dudit fluide à l'intérieur desdites préformes 20 placées dans ledit moule (11). 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le plastique dans le four est chauffé à une température moyenne d'environ 150°C. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée 25 en ce que des navettes coopèrent avec des moyens de maintien des préformes en deux points à proximité de leurs extrémités longitudinales.