Appareil pour fixer une partie de couverture à une partie sous-jacente d'un carton
La présente invention a pour objet un appareil pour fixer une partie de couverture à une partie sous-jacente d'un carton au moyen d'une matière collante à chaud appliquée à l'une desdites parties.
Certaines boîtes en carton ou en une matière sernblable revtues d'une matière collante à chaud, telle que le polyéthylène ou un mélange polyéthylène/cire, et le scellement de ces boîtes, après l'introduction d'un objet dans celles-ci, s'effectue par l'application de chaleur aux parties de la boîte devant tre scellées l'une à l'autre.
I1 a été proposé de préparer les volets des boîtes scellables à chaud avant de déplacer ces volets pour les amener en n position de collage à chaud avec les parties des boî- tes auxquelles ils doivent tre collés, en déplaçant les boîtes successivement devant des éléments de chauffage par radiation ou des jets de gaz en combustion et, tandis que les volets s'étendent latéralement aux boîtes, de soumettre les surfaces sceilables à chaud des volets à l'action des éléments de chauffage par radiation, ou à l'action des jets de gaz en combustion, afin de ramollir les surfaces scellables à chaud suffisamment pour permettre le collage de celles-ci aux parties des boîtes contre lesquelles les volets sont subséquemment plaqués.
Dans les procédés antérieurs, toutefois, il se pose des problèmes de sécurité soulevés soit par les éléments métalliques rayonnants, soit par les flammes de gaz nues.
En outre, lorsqu'on utilise des brûleurs à gaz, il est nécessaire de procéder à des réglages délicats, pour éviter que les volets ne soient brûlés par les flammes. Un but de la présente invention est de fournir un appareil dans lequel ces inconvénients sont évités.
L'appareil faisant l'objet de l'invention, comprenant un transporteur pour déplacer le carton le long d'un chemin déterminé, est caractérisé en ce qu'il comprend un organe tubulaire s'étendant longitudinalement le long de ce chemin et pourvu d'orifices qui s'étendent à tr & - vers sa paroi et sont disposés pratiquement en ligne le long de cet organe de manière à tre à proximité immédiate de la matière collante à chaud, un échangeur de chaleur relié à l'organe tubulaire et à un dispositif d'alimentation en air agencé pour envoyer de l'air à basse pression à travers l'échangeur de chaleur et dans l'organe tubulaire, I'échangeur de chaleur étant agencé pour chauffer l'air qui le traverse à une température élevée, la section transversale intérieure de l'organe tubulaire, le nombre d'orifices, l'espacement des orifices le long de l'organe tubulaire,
et le rapport de la section transversale des orifices à celle de l'organe tubulaire étant choisis de telle façon que l'air à température élevée fourni à l'organe tubulaire s'écoule par les orifices à un débit tel que l'air frappant la matière collante à chaud provoque le ramollissement de celle-ci, des organes de guidage s'étendant le long de l'organe tubulaire et capables d'engager la partie de couverture et de la supporter de manière telle qu'elle s'étende latéralement à la partie sous-jacente à laquelle elle doit tre fixée, et des organes agencés, pendant que la matière collante à chaud est encore à l'état ramolli, pour plier et presser la partie de couverture en engagement avec la partie sous-jacente pour provoquer l'adhérence de ces parties au moyen de ladite matière.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention:
La fig. 1 est une vue en perspective d'une boîte de carton formée par cette forme d'exécution;
la fig. 2 est un plan schématique de cette forme d'exécution;
la fig. 3 représente une partie de l'appareil de la fig. 2 à plus grande échelle, certaines parties étant omises pour plus de clarté;
la fig. 4 est une vue en élévation prise selon la flèche IV de la fig. 3;
la fig. S est une coupe suivant V-V de la fig. 4, et
la fig. 6 est une vue partiellement en coupe de la seconde forme d'exécution.
Le carton représenté à la fig. 1 comprend un corps constitué par un fond 1, des parois latérales 2, 3, une paroi antérieure 4, une paroi postérieure 5, un couvercle 6 relié à la charnière au sommet de la paroi postérieure 5, et des volets latéraux 7, 8 et un volet antérieur 9 reliés à charnière au couvercle 6. Les faces inférieures des volets 7. 8, 9 qui doivent respectivement se superposer et tre fixées aux parties sous-jacentes 2, 3, 4 sont revtues d'une matière collante à chaud, non représentée, telle que du polyéthylène ou un mélange polyéthy lèneXcire, et les volets sont destinés à tre pliés contre et scellés à chaud aux parois 2, 3, 4.
L'appareil représenté aux fig. 2 à 5 comprend un transporteur constitué par une chaîne sans fin 10 pourvue d'éléments poussoirs 1 1 et capable de déplacer des cartons successifs le long d'un chemin déterminé dans le sens de la flèche A (fig. 2, 3 et 4), et un organe tubulaire 12, de section transversale circulaire qui s'étend longitudinalement par rapport audit chemin et qui est pourvu d'orifices 13 traversant sa paroi et disposés pratiquement en ligne droite le long de l'organe tubulaire 12.
Un échangeur de chaleur 14 est relié à l'organe tubulaire 12 et à un dispositif d'alimentation en air, comprenant une pompe 15 (fig. 4), qui dirige de l'air à basse pression à travers l'échangeur de chaleur 14 et dans l'organe tubulaire 12 dans un sens opposé au sens de déplacement des cartons, comme indiqué par la flèche 16 (fig. 2, 3 et 4). L'échangeur de chaleur comprend un élément de chauffage 17 formé par un enroulement de fil de 2500 W monté sur une forme en céramique 18 de manière à permettre un contact maximum entre l'élément de chauffage 17 et l'air passant à travers l'échangeur de chaleur de manière que l'air soit chauffé à une température élevée de l'ordre de 5000 C.
La liaison entre l'échangeur de chaleur 14 et l'organe tubulaire 12 est réalisée par un tuyau 19 dont la longueur est maintenue à un minimum afin d'éviter les pertes de chaleur entre l'échangeur de chaleur et l'organe tubulaire.
Des organes de guidage qui s'étendent le long de l'organe tubulaire 12 peuvent engager la partie de couverture de chaque carton et la supporter de manière qu'elle s'étende latéralement à la partie du carton sousjacente à laquelle elle doit tre collée. La surface collable par la chaleur de la partie de couverture est située à proximité immédiate des orifices 13 (fig. 5). Ces organes de guidage comprennent un organe creux 20 qui présente une encoche 21 dans laquelle est engagé un bord de la partie de couverture pendant le déplacement du carton devant l'organe tubulaire 12 (fig. 5).
Des tuyaux 22, 23 (fig. 2) sont reliés à l'organe creux 20 et, en combinaison avec une pompe 24, sont agencés pour faire circuler un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, à travers l'organe creux 20 afin que la face extérieure de la partie de couverture engagée dans l'encoche 21 reste froide.
La section transversale, I'espacement et le nombre des orifices 13 et le rapport de la section transversale des orifices à celle de l'organe tubulaire 12 sont importants eu égard au fonctionnement satisfaisant de l'appareil par le fait qu'avec un faible débit d'écoulement d'air la température est élevée mais le transfert d'énergie est faible, tandis qu'avec un débit d'air plus élevé le transfert d'énergie passe par un maximum et diminue de nouveau lorsque le débit de l'écoulement provoque une forte chute de la température de l'air. On a trouvé que le débit d'écoulement optimum était de l'ordre de 110 litres par minute. La section transversale des orifices 13 doit constituer un compromis entre une dimension assez petite pour produire un jet à grande vitesse et une dimension suffisamment grande pour permettre un débit d'écoulement d'air suffisant.
Des essais ont permis de trouver que les orifices les plus avantageux ont un diamètre de 1,2 mm. L'espacement et le nombre des orifices doivent tenir compte du fait que les pertes de chaleur de l'organe tubulaire 12 provoquent une chute de température le long de l'organe 12 mesurée en partant du point d'admission de l'air. Une longueur excessive de l'organe 12 a pour résultat des jets d'air à une température inférieure à celle qui est nécessaire pour ramollir la matière collante à chaud sur la partie de couverture. Dans le cas de l'appareil décrit ici, et avec des parties de couverture revtues de polyéthylène, on a trouvé que la longueur optimum pour l'organe tubulaire était de 30 cm.
Le nombre d'orifices et le rapport de la sec. ion transversale de ceux-ci à celle de l'organe tubulaire 12 déterminent la relation entre l'écoulement d'air à travers un orifice donné 13 et la position de celui-ci le long de l'organe tubulaire 12. Si le rapport diamètre d'orifice/diamètre de l'organe tubulaire est grand, une forte proportion de l'air jaillira à travers les quelques premiers orifices et par conséquent la longueur effective du système d'écoulement d'air sera réduite. Si le diamètre de l'organe tubulaire est augmenté alors que le diamètre des orifices 13 reste fixe le rapport de dimensions d'orifices est plus petit et la distribution de l'air le long de l'organe tubulaire 12 est mieux équilibrée.
La limite est atteinte lorsque une grande surface de l'organe tubulaire 12 provoque des pertes de chaleur élevées et que les dimensions de l'organe 12 ne permettent plus de le disposer à l'intérieur de l'appareil ou du carton à sceller. On a trouvé par l'expérience que la distance entre les centres des orifices 13 la plus favorable est de 3,2 mm que l'organe tubulaire doit avoir un diamètre d'environ 25 mm.
On voit que les cartons sont déplacés successivement devant un courant d'air à température élevée s'étendant longitudinalement par rapport au chemin suivi par les cartons et que pendant que les cartons sont avancés vers la source du courant d'air une partie de couverture de chaque carton est supportée de manière à s'etendre latéralement à la partie de carton sous-jacente.
La surface scellable à chaud de la partie de couverture est à proximité immédiate du courant d'air de sorte que la surface scellable à chaud est ramollie par les jets d'air à température élevée dans une mesure suffisante pour permettre le scellement de celle-ci à la partie sous-jacente 2, 3, 4 du carton contre laquelle la partie de couverture, pendant que la surface scellable à chaud se trouve encore à l'état ramolli est pliée et pressée de manière connue au moyen d'organes de pliage 25 (fig. 2).
Dans l'appareil représenté à la fig. 6, la liaison entre l'échangeur de chaleur 14 et l'organe tubulaire 12 est réalisée au moyen d'un ajutage 30 et d'une soupape comprenant un corps de soupape creux 31 dont une extrémité est connectée à l'ajutage 30. Le corps 31 est pourvu d'un orifice de sortie 32 à travers lequel l'air à température élevée passe par l'intermédiaire de l'ajfl- tage 30 dans l'organe tubulaire 12, et d'une lumière de décharge 33 à travers laquelle l'air à température élevée est envoyé à l'écart de la trajectoire des cartons lorsque le transporteur, non représenté, cesse de fonctionner. L'orifice de sortie 32 et la lumière de décharge 33 sont espacés axialement par rapport au corps 31 et sont sélectivement découverts ou obturés par un piston 34 actionné par un dispositif de commande lors de l'arrt et de la mise en marche du transporteur.
Ce dispositif de commande comprend un cylindre pneumatique 35 dont le piston, non représenté, est relié par une tige 36 au piston 34 de la soupape.
Lorsque le transporteur est arrté, le cylindre pneumatique 35 est actionné pour amener le piston 34 à la position montrée au dessin, position dans laquelle le piston obture l'orifice de sortie 32 menant à l'organe tubulaire 12 et ouvre la lumière de décharge 33 dans une cheminée 37 qui envoie à l'écart de la trajectoire des cartons l'air à température élevée provenant de l'échangeur de chaleur. L'air à température élevée parvient à la lumière de décharge 33 à travers un alésage 38 dans le piston 34. Lors de la remise en marche du transporteur le cylindre pneumatique 35 retire le piston 34 de manière que la lumière de décharge 33 soit obturée et que l'orifice de sortie 32 soit découvert afin de permettre le passage de l'air à température élevée par l'orifice de sortie 32 vers l'organe tubulaire 12.
Afin d'éviter que l'élément de chauffage 17 ne soit endommagé au cas où l'alimentation en air de l'échangeur de chaleur ferait défaut le circuit électrique 39 de l'élément de chauffage 17 comprend un interrupteur 40 qui est disposé sur le trajet de l'air passant dans l'échangeur de chaleur et qui est maintenu fermé seulement tant que la pression exercée sur lui par l'air dépasse un minimum déterminé, par exemple 0,7 kg/ cmi. Si on veut prévenir la possibilité d'une surchauffe de l'élément de chauffage 17 par suite du bouchage de l'élément tubulaire 12, ceci peut tre réalisé par un interrupteur semblable à l'interrupteur 40 mais qui est maintenu fermé seulement lorsque le débit de l'écoulement d'air passant par l'interrupteur dépasse un minimum prédéterminé, par exemple 0,113 m8/mn.
On a trouvé que l'appareil décrit peut produire des cartons scellés commercialement acceptables en partant de carton revtu de polyéthylène alors que les cartons se déplacent à une vitesse de 24 m/mn. Le scellage obtenu peut tre comparé à celui atteint avec un élément de chauffage par radiation plat de longueur semblable (30 cm) à une vitesse maximum de 12 m/mn. Ainsi on comprend que pour une longueur donnée de l'élément de chauffage il est possible au moyen de l'appareil décrit, d'obtenir un effet de scellement qui est l'égal de celui que l'on pouvait obtenir par un appareil connu tout en dépla çant les cartons à une vitesse double. Un dispositif de chauffage à radiation présente en outre le désavantage d'tre exposé.
Dans l'appareil décrit, les organes de chauffage sont enfermés dans un carter d'échangeur de chaleur qui protège les personnes desservant l'appareil d'un contact avec des organes de chauffage. En outre, on peut faire fonctionner l'élément de chauffage à des tensions élevées, ce qui entraîne des économies sur les transformateurs nécessaires.
Dans la description ci-dessus, les organes de chauffage sont constitués par un élément de chauffage électrique en forme de fil, mais il est entendu que l'échangeur de chaleur pourrait tre chauffé au gaz.
La matière scellable à chaud n'est pas nécessairement appliquée aux parties de couverture, elle peut tre appliquée aux parties extérieures des parties sous-jacentes des
cartons destinés à tre engagés par les parties de couver
ture, et dans ce cas les éléments tubulaires 12 seront dis
posés de manière que les orifices 13 soient dirigés vers
les parties sous-jacentes des cartons et à proximité immé
diate de ces dernières. De mme, la matière scellable à
chaud peut tre appliquée aussi bien aux parties de cou
verture qu'à l'extérieur des parties sous-jacentes des
cartons, auquel cas des orifices 13 seront disposés dans
des endroits tels que l'air à température élevée soit dirigé
sur la matière scellable à chaud appliquée sur les parties
de couverture et sur les parties sous-jacentes des cartons.
Bien qu'il soit avantageux, comme décrit ci-dessus,
que l'air à température élevée s'écoule dans le sens indi
qué par les flèches 16, I'air peut s'écouler dans le sens
opposé, c'est-à-dire dans le sens de déplacement des
cartons par le transporteur 10, 1 1 devant l'organe
tubulaire 12.