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WO 2014/174161
PCT/FR2014/000082
1
MACHINE POUR LA FABRICATION EN CONTINU DE CORPS
TUBULAIRES DE BOITES NOTAMMENT A BASE DE CARTON OU
SIMILAIRE
Domaine technique :
La présente invention concerne une machine pour la fabrication en continu de
corps
tubulaires de boîtes notamment à base de- carton ou similaire, cette machine
comportant au moins un mandrin de formage longitudinal dont la section
correspond
à la section intérieure des corps tubulaires de boîtes à fabriquer et autour
duquel est
appliquée et rabattue au moins une bande de matière déroulée dans le sens
longitudinal et préalablement encollée au moins partiellement pour former un
profilé
tubulaire fermé, cette machine comportant en outre des moyens de pression
agencés
pour laminer ladite au moins une bande de matière contre ledit mandrin de
formage,
et des moyens de traction agencés pour déplacer en continu ledit profilé
tubulaire le
long dudit mandrin de formage.
Technique antérieure :
Une telle machine est notamment décrite dans la publication FR 2 702 414 dont
le
procédé de fabrication prévoit de rabattre contre le mandrin de formage les
volets
latéraux de chaque bande de matière de manière au moins partiellement
dissymétrique, de sorte que le rabattement d'un premier volet d'une bande de
matière
est achevé avant le rabattement du second volet de cette bande de matière, ce
rabattement étant achevé avant celui d'un premier volet d'une bande de matière
suivante. Ce procédé de fabrication permet d'obtenir des corps tubulaires de
boîtes de
très bonne qualité, en évitant les phénomènes de plissement entre les bandes
de
matière et en assurant une géométrie précise des joints longitudinaux de façon
à
garantir la résistance voulue de la paroi du tube dans la ou les zones où se
trouvent
ces joints.
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Dans ce type de machine, le guidage et le rabattage des bandes de matière
contre le
mandrin de formage sont assurés par des guides fixes par exemple sous la forme
de
tôle. Puis le laminage de ces bandes de matière autour du mandrin de formage
pour
assurer leur assemblage intime par collage ainsi que le déplacement
longitudinal du
profilé tubulaire formé par lesdites bandes de matière sont assurés par des
courroies
de traction entraînées et appliquées sous pression contre ledit mandrin par
des
rouleaux presseurs rigides motorisés, ces courroies de traction étant
réparties
radialement autour dudit mandrin de formage.
L'inconvénient de ce type de conception réside dans les nombreuses
manipulations
nécessaires à la mise en route de la machine pour enfiler les bandes de
matière entre
les guides fixes puis entre les courroies de traction, positionner
correctement les
bandes de matière entre elles et autour du mandrin de formage, régler la
position
desdits guides fixes ainsi que la pression desdits rouleaux presseurs et la
tension
desdites courroies de traction. Toutes ces manipulations sont délicates à
réaliser,
monopolisent plusieurs opérateurs simultanément et génèrent des chutes de
matière
première non négligeables jusqu'à l'obtention du réglage optimal. De plus,
l'utilisation de guides fixes induit une forte tension linéaire due aux
frottements entre
les bandes de matière en déplacement continu et les guides statiques, qu'il
faut
compenser par des moyens de traction performants. D'autre part, l'utilisation
de
courroies de traction combinées à des rouleaux presseurs présente
l'inconvénient
d'offrir une surface de roulement relativement étendue qui nuit à la pression
locale
exercée sur les bandes de matière et ne permet pas d'obtenir une pression
uniforme
en tout point du périmètre dudit tube, ni de s'adapter aux variations
d'épaisseur des
bandes de matière majoritairement réalisées à base de carton. A ces
inconvénients
s'ajoutent le coût d'une telle machine, son encombrement, la complexité des
interventions pour changer le format des corps tubulaires de boîtes à
fabriquer et pour
assurer la maintenance d'une telle machine et le remplacement des pièces
d'usure.
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Exposé de l'invention :
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une
machine pour
la fabrication de corps tubulaires de boîtes de conception plus simple,
représentant un
investissement moindre, pour un encombrement réduit, facilitant les opérations
de
maintenance, permettant un changement rapide de format de boîtes à fabriquer,
autorisant une mise en route automatisée, donc plus rapide avec moins de
déchets de
matières premières, offrant un meilleur laminage des bandes de matière entre
elles
permettant d'améliorer considérablement la qualité et la résistance mécanique
des
corps de boîtes obtenus, réduisant voire supprimant les frottements et les
tensions
linéaires permettant de limiter la puissance des moyens de traction. Un autre
but de
l'invention consiste à réaliser des corps de boîtes offrant une étanchéité
optimale
pour les boîtes de conditionnement qui nécessitent cette propriété.
Dans ce but, l'invention concerne une machine du genre indiqué en préambule,
caractérisée en ce que lesdits moyens de pression et lesdits moyens de
traction sont
distincts et en ce que lesdits moyens de pression comportent une pluralité de
galets
presseurs, montés libres en rotation sur leur axe, lesdits galets presseurs
étant
déformables et répartis radialement autour dudit mandrin de formage de manière
à
épouser le périmètre dudit mandrin.
Les galets presseurs sont de préférence répartis symétriquement autour dudit
mandrin
de formage, couvrent chacun un secteur dudit mandrin, et sont décalés
longitudinalement de sorte à couvrir l'ensemble du périmètre dudit mandrin.
Avantageusement, chaque galet presseur comporte une garniture réalisée en
matériau
élastique et présentant un profil complémentaire à celui du secteur du mandrin
de
formage contre lequel le galet presseur correspondant est appliqué.
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La garniture élastique desdits galets presseurs peut comporter des évidements
intérieurs agencés pour augmenter son pouvoir d'élasticité. Le matériau
élastique de
ladite garniture peut en outre être choisi parmi le groupe comprenant les
caoutchoucs
naturels et les caoutchoucs synthétiques à base de polyuréthanne.
Dans une forme de réalisation préférée, chaque galet presseur est porté par un
support
qui peut être réglable en position radiale par rapport audit mandrin de
formage, et est
couplé à un organe de mise sous pression embarqué sur ledit support.
La machine selon l'invention peut comporter en outre un mandrin de centrage
longitudinal disposé en amont dudit mandrin de formage et présentant une
section
polygonale dont le développé est inférieur au développé intérieur des corps
tubulaires
de boîtes à fabriquer, ledit mandrin de centrage étant agencé pour guider
longitudinalement et transversalement lesdites bandes de matière sans
glissement.
Elle peut également comporter un mandrin provisoire longitudinal disposé en
aval
dudit mandrin de centrage et en amont dudit mandrin de formage et présentant
une
section en forme de goutte d'eau dont le développé correspond au développé
intérieur
des corps tubulaires de boîtes à fabriquer.
Dans ce cas, elle comporte de préférence un poste de soudure adjacent audit
mandrin
provisoire pour souder les bords longitudinaux d'au moins une bande de matière
formant la couche intérieure desdits corps tubulaires de boîtes.
Elle peut enfin comporter une série de galets presseurs alignés sur un secteur
longitudinal dudit mandrin de formage correspondant à une zone où se
rejoignent les
bords longitudinaux de ladite au moins une bande de matière pour fermer ledit
profilé
tubulaire par au moins un joint longitudinal.
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Les moyens de traction peuvent comporter au moins une courroie de traction
portée
par des rouleaux d'entraînement et disposée en aval desdits moyens de
pression, et de
préférence au moins deux courroies de traction disposées symétriquement par
rapport
audit mandrin de formage.
Ladite machine peut en outre comporter au moins une buse de collage agencée
pour
ajouter de la colle sur au moins certains des bords longitudinaux desdites
bandes de
matière.
Description sommaire des dessins :
La présente invention et ses, avantages apparaîtront mieux dans la description
suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en
référence
aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une machine de fabrication
selon l'invention montrant uniquement une partie du mandrin de formage
longitudinal, les galets presseurs et les courroies de traction
correspondants,
la figure 2 est une vue en plan d'un mandrin de centrage suivi d'un mandrin
provisoire situés en amont du mandrin de formage de la machine selon la figure
1,
la figure 3 est une vue en plan du mandrin de formage de la machine selon la
figure 1,
les figures 4A à 4J sont des vues en coupe transversale des différents
mandrins représentés aux figures 2 et 3 respectivement selon les plans A à J,
les figures 5A et 5B sont des vues en coupe transversale d'un des galets
presseurs respectivement avant et après appui contre le mandrin de formage, et
la figure 6 est une vue de côté du galet presseur seul des figures 5A et 5B.
Illustrations de l'invention et meilleure manière de la réaliser :
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La machine I selon l'invention est illustrée partiellement dans les figures
annexées
pour ne montrer que les parties concernées par la présente invention, sans
châssis ni
carénage pour faciliter la compréhension. Cette machine permet la fabrication
de
corps tubulaires de boîtes, notamment à base de carton ou similaire, par
exemple
pour le conditionnement de produits alimentaires ou similaires, par
déroulement dans
le sens longitudinal d'une ou de plusieurs bandes de matière 2 enroulées en
bobines,
lesdites bandes étant encollées, superposées en nappe et légèrement décalées
latéralement entre elles avant d'être appliquées contre un mandrin de formage
3
longitudinal autour duquel elles sont rabattues, pressées et laminées pour
former un
profilé tubulaire 4 fermé par un ou plusieurs joints longitudinaux 5 décalés.
Ce
profilé tubulaire 4 est ensuite tronçonné pour former lesdits corps tubulaires
de boîtes
aux dimensions voulues. Le joint longitudinal 5 est obtenu par collage des
bords
longitudinaux 6 superposés de chaque bande de matière 2, les bords
longitudinaux de
chaque bande de matière étant de préférence décalés latéralement pour que les
joints
longitudinaux desdites bandes de matière se chevauchent afin de ne pas
fragiliser la
paroi des corps tubulaires de boîtes dans cette zone de jonction. Si les corps
tubulaires de boîtes sont réalisés à partir d'une seule bande de matière,
alors il s'agit
d'une bande de matière complexe ou composite, c'est-à-dire formée de plusieurs
couches de matières différentes ou non en fonction des propriétés physiques
que les
corps tubulaires de boîtes doivent présenter.
La machine 1 représentée partiellement dans les figures annexées comporte un
mandrin de formage 3 longitudinal de section circulaire correspondant à la
section
intérieure des corps tubulaires de boîtes à fabriquer, qui sont par conséquent
cylindriques. Bien entendu, cette machine 1 permet la fabrication de corps
tubulaires
de boîtes de toutes sections, telles que polygonales, ovoïdes ou autres.
La machine 1 selon l'invention se distingue des machines connues par le fait
que la
fonction laminage des bandes de matière autour du mandrin de formage 3 et
la
fonction traction du profilé tubulaire formé lesdites bandes de matière
sont
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dissociées et réalisées par des moyens de traction 10 et des moyens de
pression 20
totalement distincts.
Les moyens de traction 10 visibles sur les figures 1 et 3 sont disposés de
préférence
en aval des moyens de pression 20, c'est à dire après la formation et la
fermeture du
profilé tubulaire 4 obtenu par le rabattement et le laminage des bandes de
matière 2.
Ils comportent une et de préférence plusieurs courroies de traction 11 fermées
en
boucle autour d'au moins deux rouleaux d'entraînement 12 dont un au moins est
entrainé en rotation par un actionneur adéquat tel qu'un moteur ou
servomoteur. Pour
assurer un effort de traction uniformément réparti sur le profilé tubulaire 4,
on utilise
comme dans l'exemple représenté quatre courroies de traction 11 réparties
symétriquement autour dudit mandrin de formage 3. Le profil des courroies de
traction 11 et des rouleaux d'entraînement 12 est adapté et complémentaire au
secteur du mandrin de formage 4 contre lequel ils sont en appui. Dans
l'exemple
représenté, ce profil est cylindrique. Bien entendu, le nombre des courroies
de
traction 11 peut varier, de même que leur disposition, leur conception et leur
moyen
d'entraînement.
Les moyens de pression 20 comportent une pluralité de galets presseurs 21
montés
libres en rotation autour de leur axe, déformables et répartis radialement et
longitudinalement autour du mandrin de formage 3 de manière à épouser
parfaitement l'ensemble du périmètre de ce mandrin de formage 3 pour assurer
un
laminage uniforme et puissant de la nappe de bandes de matière 2 contre le
mandrin
de formage 3 favorisant leur cohésion et assemblage intime par collage.
Les figures 5 et 6 illustrent plus en détail un exemple de ces galets
presseurs 21.
Chaque galet presseur 21 comporte un fût 22 portant une garniture 23 réalisée
dans
un matériau élastique, tel que par exemple les caoutchoucs naturels et les
caoutchoucs synthétiques à base de polyuréthanne, présentant une dureté donnée
à
titre exemple non limitatif d'environ 60 Shore. Le profil de cette garniture
23 est
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adaptée et complémentaire au secteur du mandrin de formage 3 contre lequel le
galet
presseur 21 est appliqué. Dans l'exemple représenté aux figures 5 et 6, ce
profil est
cylindrique et son rayon est inférieur ou égal à celui du mandrin de formage
3. Selon
les besoins, les galets presseurs utilisés peuvent être des galets presseurs
21 entiers
donc symétriques, comme ceux illustrés aux figures 1, 4E, 41, 5A, 5B et 6, ou
des
demi-galets ou des galets tronqués 21' donc asymétriques, comme ceux illustrés
aux
figures 4F, 4G et 4H. Leur conception et leur fonctionnement restent toutefois
identique.
Lorsque le galet presseur 21 n'est pas mis sous pression contre le mandrin de
formage 3, il définit un jeu J entre sa garniture 23 qui n'est pas contrainte
et le profilé
tubulaire 4 porté par le mandrin de formage 3 (voir figure 5A). Lorsqu'il est
mis sous
pression contre le mandrin de formage 3 par les moyens décrits ci-après, sa
garniture
23 se déforme pour supprimer le jeu J et épouser parfaitement le secteur du
profilé
tubulaire 4 contre lequel il est en appui, le secteur du mandrin de formage 3
correspondant se comportant en contre-pièce d'appui (voir figure 5B). Le galet
presseur 21 a l'avantage d'offrir une surface d'appui limitée à une
génératrice, donc à
un contact linéaire, permettant ainsi d'exercer une pression locale plus
importante et
plus uniforme que dans le cas d'une surface de roulement. La garniture 23 peut
comporter des évidements intérieurs 23' agencés pour augmenter son pouvoir
d'élasticité.
De plus, le galet presseur 21 est monté libre en rotation sur son axe et ne
génère
aucun frottement ni glissement sur le profilé tubulaire 4. Pour réduire voire
supprimer les vitesses différentielles dans les zones d'extrémité du galet
presseur 21,
la dimension de ces galets presseurs 21 est réduite et leur nombre augmenté.
Le fût 22 du galet presseur 21 est monté libre en rotation sur un axe 24 par
des paliers
25 à billes ou similaires, lequel axe 24 est porté par un support 26. Ce
support 26
comporte une platine 27 fixée sur le châssis (non représenté) de la machine 1
de
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manière à être démontable et réglable en position radiale par rapport au
mandrin de
formage 3, facilitant ainsi les opérations de maintenance et de réglage. Ce
support 26
comporte un coulisseau 28 guidé en translation dans la platine 27 et à
l'extrémité
duquel est fixé ledit axe 24 portant le galet presseur 21. Ce coulisseau 28
est déplacé
en translation radiale par rapport au mandrin de formage 3 au moyen d'un
actionneur
linéaire, tel un vérin (non représenté), permettant d'appliquer le galet
presseur 21
contre le mandrin de formage 3 avec une pression définie et réglable. Ce
coulisseau
28 comporte au moins deux colonnes de guidage 29, situées symétriquement par
rapport à une tige centrale 30 prolongeant l'actionneur linéaire, les deux
colonnes 29
et la tige centrale 30 étant agencées pour coulisser dans des alésages
correspondants
prévus dans la platine 27. Bien entendu, tout autre moyen équivalent de
guidage et/ou
de mise sous pression des galets presseurs 21 est envisageable.
Possibilités d'application industrielle :
Dans l'exemple illustré, notamment aux figures 2 et 3, la machine 1 comporte
un
mandrin de centrage 40 (figures 2 et 4B) longitudinal disposé en amont du
mandrin
de formage 3 contre lequel sont amenées les bandes de matière 2 qui sont
dévidées de
leurs bobines, préalablement encollées, superposées en nappe avec un petit
décalage
latéral comme expliqué plus haut et déplacées longitudinalement par les moyens
de
traction 10 décrits précédemment. Les bandes de matière 2 vont automatiquement
s'incurver sans guide latéral (figure 4A) puisqu'elles sont mises en tension
longitudinale par les moyens de traction 10 depuis leur zone de dévidage
jusqu'au
mandrin de formage 3 où elles passent d'un état ouvert à plat à un état fermé
enroulé
en un profilé tubulaire 4. A cet effet, le mandrin de centrage 40 présente une
section
polygonale dont le développé est inférieur au développé intérieur des corps
tubulaires
de boîtes à fabriquer, qui a pour fonction de guider longitudinalement et
transversalement la nappe de bandes de matière 2 sans glissement, Ainsi, le
décalage
latéral imposé entre les bandes de matière 2 est préservé, ce qui permet de
garantir la
qualité de la zone de jonction longitudinale du profilé tubulaire 3 et la
résistance
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mécanique des corps tubulaires de boîtes fabriqués. La forme du mandrin de
centrage
40 représentée peut être différente, l'essentiel étant de stabiliser la nappe
de bandes
de matière 2 qui commence à s'incurver par au moins une zone angulaire
longitudinale verrouillant transversalement les bandes de matière 2 entre
elles.
Un mandrin provisoire 41 longitudinal disposé en aval du mandrin de centrage
40 et
en amont du mandrin de formage 3 peut être prévu lorsqu'il est nécessaire de
souder
un film barrière formant une membrane ou couche intérieure prévue dans les
corps
tubulaires de boîtes à fabriquer pour respecter des contraintes d'étanchéité.
Pour
faciliter cette opération et garantir une soudure de qualité optimale, ce
mandrin
provisoire 41 présente une section en forme de goutte d'eau dont le développé
correspond au développé intérieur D des corps tubulaires de boîtes à fabriquer
(figures 2 et 4C). Des galets presseurs cylindriques (non représentés) sont
prévus en
appui sur les côtés inclinés et opposés du mandrin provisoire 41 pour plaquer
le film
barrière autour dudit mandrin et le tirer vers le haut pour effectuer
l'opération de
soudure par un poste de soudure 42 adjacent audit mandrin et utilisant par
exemple
des ultra-sons ou similaire. Si le film barrière doit être collé au lieu
d'être soudé, le
mandrin provisoire 41 n'est pas utile. Par contre, une buse de collage (non
représentée) est placée à ce niveau pour déposer de la colle sur l'un au moins
des
bords longitudinaux dudit film barrière avant de les rabattre avec les autres
bandes de
matière 2. Dans d'autres cas, les corps tubulaires de boîtes peuvent être
dépourvus de
film barrière.
En sortie du mandrin provisoire 41 s'il existe ou dans la continuité du
mandrin de
centrage 40, et en amont du mandrin de formage 3, la nappe de bandes de
matière 2
est rabattue latéralement par un galet de rabattage 43 offrant un profil
complémentaire au demi-mandrin provisoire 41 ou au mandrin de centrage 40
(figures 2 et 4D). Ce galet de rabattage 43 est monté libre en rotation sur
son axe
pour éviter tout frottement sur la nappe. A ce niveau, la machine 1 peut être
avantageusement complétée par une buse de collage 44 disposée en regard des
bords
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longitudinaux 6 décalés des bandes de matière 2 pour rajouter de la colle sur
ces
zones qui ont tendance à sécher à l'air. L'addition de cette buse de collage
44 permet
ainsi de réduire sensiblement la quantité de colle entre les bandes de matière
2, qui
sont préalablement encollées individuellement dans un poste d'encollage (non
représenté) avant d'être superposées en nappe, et de réduire par voie de
conséquence
l'humidité résiduelle des corps de boîte fabriqués. Le fait d'ajouter de la
colle juste
avant de rabattre les bords longitudinaux 6 des bandes de matière 2 a
l'avantage de
permettre un collage de qualité et uniforme sur tout le long dudit joint
longitudinal 5.
Le long du mandrin de formage 3 (figure 3) dans le sens de l'avancement du
profilé
tubulaire 4, les galets presseurs 21 formant les moyens de pression 20 pour
mettre en
forme et laminer la nappe de bandes de matière 2 autour dudit mandrin, sont
répartis
symétriquement par rapport audit mandrin, de sa partie inférieure (figure 4E)
contre
laquelle la nappe arrive, à sa,partie supérieure (figure 41) contre laquelle
la nappe se
referme pour former le profilé tubulaire 4.
Dans l'exemple représenté, les galets presseurs 21, 21' sont au nombre de huit
:
- figure 4E, un premier galet presseur 21 symétrique et centré sur la
partie inférieure
du mandrin de formage 3 laminant la nappe de bandes de matière 2 sur un
premier
secteur couvrant environ 1/4 du périmètre du mandrin de formage 3,
- figure 4F, un deuxième et un troisième demi-galets presseurs 21' disposés
symétriquement rabattant et laminant la nappe de bandes de matière 2 sur les
deuxième et troisième secteurs latéraux inférieurs, couvrant chacun environ
1/8' du
périmètre du mandrin de formage 3,
- figure 4G, un quatrième et un cinquième demi-galets presseurs 21' disposés
symétriquement rabattant et laminant la nappe de bandes de matière 2 sur les
quatrième et cinquième secteurs latéraux médians, couvrant chacun environ 1/8C
du
périmètre du mandrin de formage 3,
- figure 4H, un sixième et un septième demi-galets presseurs 21' disposés
symétriquement rabattant et laminant la nappe de bandes de matière 2 sur les
sixième
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et septièmes secteurs latéraux supérieurs, couvrant chacun environ 1/8' du
périmètre
du mandrin de formage 3, et
- figure 41, un huitième galet presseur 21, ou dans l'exemple représenté une
série de
cinq galets presseurs 21 alignés, symétriques et centrés sur la partie
supérieure du
mandrin de formage 3 laminant la zone de jonction des bords longitudinaux des
bandes de matière 2 sur un huitième et dernier secteur couvrant environ 1/4 du
périmètre du mandrin de formage 3. La série de galets presseurs 21 favorise la
qualité
du scellage des bords longitudinaux entre eux.
Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre
les buts
fixés. Notamment, cette nouvelle conception permet de séquencer la fermeture
des
galets presseurs à la mise en route de la machine et ainsi d'automatiser le
démarrage
générant des gains importants. De même, les changements de format de corps
tubulaires de boîtes à fabriquer sont plus rapides ainsi que les opérations de
maintenance. De plus, les corps de boîtes ainsi fabriqués sont de meilleure
qualité
aussi bien au niveau résistance mécanique qu'au niveau des propriétés
barrières.
La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais
s'étend à
toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en
restant
dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées.
