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Perforation par l'électricité du papier et d'autres produits.
Cette invention se rapporte à la perforation de matiè- res en feuilles, telles que le papier, le cuir, le cuir arti- ficiel, les produits textiles et autres produits similaires par des décharges électriques, qui en traversant la matière , la perforent, et le premier but de l'invention est de fournir une méthode nouvelle et améliorée et un appareil pour réaliser des perforations sur toute la surface d'une matière en feuille, ce qui le distingue d'appareils.effectuant une simple ligne de perforations, perforation par perforation; et de faire ce travail rapidement, les perforations étant aussi rapprochées l'une de l'autre qu'on le désire, à la fois dans le sens lon-
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gitudinal et dans le sens transversal de la matière en feuil- le.
Pour préciser plus spécifiquement les buts de l'inven- tion, l'un de ces buts est d'assurer le déplacement de la matière à perforer, par exemple une couche de papier venant d'un appareil à fabriquer le papier, ou,dans la production de sacs, la bande de papier allant au formateur de tube à travers un certain nombre de fenêtres de décharge, entre des paires d'électrodes placées en opposition, lesquelles fenêtres de décharge sont disposées transversalement par rapport à la direction du mouvement de la bande de papier, ou d'une autre matière, et au travers de laquelle les décharges électriques se produisent simultanément, de telle façon que lorsque le papier se meut, les perforations se font à la fois longitu- dinalement et transversalement, ou, en d'autres termes, une surface de papier est percée par les perforations.
De préférence, là où.l'on désire un grand nombre de perforations très rapprochées les unes des autres, comme par exemple dans la manufacture des sacs en papier perforé, on prévoiera un certain nombre de séries ou de lignes de fenêtres de décharge, au travers desquelles les décharges de courant se produisent simultanémen t, les fenêtres d'une rangée étant décalées par rapport aux autres. Ceci assurera un rapproche- ment plus grand dans le sens transversal de la couche. Le resserrement dans le sens longitudinal de la couche s'obtient en employant des décharges électriques intermitbentes ou pé- riodiques, à des fréquences convenablement choisies en fonc- tion de la vitesse de la couche.
En employant un certain nom- bre de lignes de fenêtres décalées, en faisant passer le pa- pier à grande vitesse, et en employant des décharges à haute fréquence, la matière peut être rapidement perforée d'un grand nombre de perforations par unité de surface.
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Le dourant utilisé peut être du courant continu coupé par un trembleur, ou par l'action du diélectrique se dépla,- çant entre les électrodes opposées, c'est-à-dire de la cou- che de papier elle-même. Ou ce peut être du courant alter- natif de fréquence normale, ou de préférence supérieure ou inférieure à la moyenne. On emploiera de préférence du cou- rant alternatif de fréquence normale, par exemple de 60 pé- riodes par seconde. L'intensité sera généralement basse, dans le cas de papier ordinaire de 50 à 150 milliampères, et elle sera augmentée ou diminuée pour donner des perforations plus grandes ou plus petites. La tension est relativement élevée, nécessairement, afin de surmonter la rigidité diélec- trique combinée de l'air et de la matière en feuille, dans la fenêtre à décharge.
Elle peut être de l'ordre de 1000 V. par fenêtre à décharge. La tension appropriée dépendra de l'épaisseur de la matière, ou d'autres caractéristiques dé- terminant le pouvoir/électrique de la matière et de la lame d'air.
Les électrodes de chaque série, ou ligne d'électrodes sont reliées en série ; dans le cas soit d'un grand nombre de séries de fenêtres à décharge, requis pour une large feuil- le, ou si la rigidité diélectrique de la matière est excessive, les fenêtres peuvent être divisées en deux ou plusieurs séries reliées pour des décharges simultanées.
L'invention est illustrée, quelque peu schématiquement, dans quelques réalisations préférées des dessins ci-annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan fragmentaire d'un appa- reil à perforer construit conformément à la présente invention.
Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe, respective- ment suivant les lignes 1-1 et 33, de la figure 1.
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La figure 4 est un schéma illustrant les circuits électriques de l'appareil représenté aux figures 1 à 3.
La figure 5 est un schéma illustrant une disposition modifiée prévue spécialement pour une grande feuille de ma- tière, ou pour une matière de rigidité diélectrique élevée.
Selon cette disposition, les fenêtres de décharge, d'une ran- gée sont divisées en deux séries alimentées séparément en courant électrique.
La figure 6 est une vue en plan d'une forme modifiée d'appareil caractérisé par l'emploi de disques à rotation lente, comme électrodes.
La figure 7 est une vue d'extrémité de l'appareil re- présenté à la figure 6.
La figure 8 est une vue de détail en coupe, prise selon la ligne 8-8 de la figure 6 mais à une plus grande échelle.
La figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8.
La figure 10 est une vue partielle d'une construction modifiée, montrant des électrodes fixes mais réglables.
La figure 11 est une vue en coupe selon la ligne 11-11 de la figure 10.
La figure 12 est une vue en perspective d'une dispo- sition préférée pour fixer au moyen d'une charnière un châs- sis porte-électrodes, ou support à l'autre, de façon à obvier à la nécessité d'engager la couche dans les fenêtres à déchar- ge.
En se référant à la forme simple de l'invention donnée par les figures 1 à 4 inclusivement: 10 et 11 représentent deux organes de support ou tableaux en matière isolante, en bakélite par exemple; la couche de papier A est tirée dans l'espace compris entre elles par n'importe quel moyen appro- prié (non représenté).
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Dans les panneaux 10 et 11, qui peuvent être disposés soit verticalement, ou horizontalement, sont montées un cer- tain nombre de rangées ou de séries d'électrodes réglables, si on le désire, et disposées par paires pour réaliser les fenêtres de décharge. Dans les dessins, on a représenté six rangées ou séries d'électrodes, désignées par a, b,c,d,e et f respectivement; les électrodes montées sur l'organe 10 étant désignées par les chiffres 12 et celles de l'organe 11 par les. chiffres 12'.
Les paires d'électrodes de chaque sé- rie sont reliées ensemble en série, comme l'indique la figure 4, etsont disposées de telle façon que les fenêtres à dé- charge foemées par les différentes séries ou rangées d'élec- trodes a, b,c,d,e et f sont décalées latéralement l'une par rapport à l'autre, d'où les perforations 13 (figure 1) faites dans le papier A sont beaucoup plus. rapprochées les unes des autres, qu'il ne serait possible de le faire au moyen d'une simple rangée de fenêtres.
La figure 4 donne les connexions électriques de trois des séries, ou rangées d'électrodes a, b etc. Les enroulements primaires 16 des transformateurs à tension élevée sont reliés en parallèle sur les fils d'alimentation 14 et 15.
Les enroulements secondaires 17 des transformateurs T sont de préférence mis à la terre en leur point milieu, comme indiqué en 18, afin de maintenir le potentiel le plus élevé par rapport à la terre à la valeur la plus basse possi- ble. Les paires d'électrodes 12, 12' sont disposées en sé- rie avec les enroulements secondaires, dans chaque cas.
En d'autres termes, le conducteur 19 relie l'une des bornes. de l'enroulement secondaire 17 du transformateur à l'une des électrodes 12. Le courant franchit la fenêtre 20 entre cette puis suit le conducteur 21 jusqu'à l'électrode adjacente 12' électrode et l'électrode placée en opposition 12'/,à travers la deuxième fenêtre 20 jusqu'à l'électrode suivante 12, et
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ainsi de suite jusqu'à l'autre extrémité de l'enroulement se- condaire 17 du transformateur.
Si l'on applique un courant constant ou continu à un tel système, et que la couche depapier se déplace à travers les fenêtres, des lignes de perforations sont produites par la succession des arcs jusqu'au point d'extinction, et leur réallumage suivant un nouveau chemin. L'espacement des ran- gées transversales de perforations dans le sens longitudinal de la couche est déterminé dans ce cas par la rigidité diélec- trique de la pièce, et par la vitesse à laquelle cette pièce est tirée à travers le système des fenêtres à décharge.
Plus la rigidité diélectrique de la matière est gran- de, et plus les lignes de perforations seront distantes l'une de l'autre. Ce phénomène est dû au fait que le potentiel plus élevé requis pour le percement permet une plus grande extension de l'arc avant son extinction.
Si l'on emploie des courants alternatifs, la tension croît et décroît deux fois par période, de façon qu'avec une tension calculée convenablement d'après le pouvpir diélectri- que de la feuille, une ligne de perforations sera formée à chaque demi-période. Par exemple, si l'on emploie du courant à 60 périodes, on produira 120 lignes de perforations par seconde; ou, si la feuille se déplace de 100 pieds par minute, on produira 6 lignes de perforations par pouce. Il est clair que l'on peut employer un certain nombre de tels systèmes de fenêtres à décharge, travaillant toutes simultanément, pour obtenir n'importe quel modèle de perforations désiré.
Dans les figures 1 à 4, inclusivement, on peut estimer que les fenêtres sont distantes l'une de l'autre d'un pouce, dans le sens transversal de la feuille, et six rangées ou séries de telles, fenêtres sont employées, les paires d'électrodes de chaque rangée étant décalées latéralement de la rangée prècé-
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dente d'A/6 de pouce. Dans ces conditions on produira six rangées de perforations pour une feuille se déplaçant de 100 pieds par minute, avec un courant à 60 périodes, et il y au- ra une perforation au centre de chaque 1 @ carré de
36 la feuille entière, ou 36 perforations par pouce carte.
Dans ces conditions, avec la fréquence élevée due à la vi- tesse de déplacement de la couche de papier, des décharges électriques successives agiront sur des surfaces de la feuil- le déjà perforées par des décharges précédentes, pour créer des perforations additionnelles.
En employant des fréquences plus élevées, et plus de circuits, on pourra obtenir une plus grande densité de poro- sité (nombre de perforations par unité de surface) ou une même densité de porosité à de plus grandes vitesses de dé- placement. Toutefois, la densité de porosité la plus grande qui puisse être obtenue par perforations électriques est li- mitée par la rigidité diélectrique de la feuille.
Les perforations ne peuvent être plus rapprochées que celle-ci, si élevée que puisse être la fréquence de décharges employée. Ce fait provient de la tendance des décharges successives de passer par les perforations précédemment fai- tes, lorsqu'un potentiel extrêmement élevé est requis pour percer la matière. On remarquera que toutes les fenêtres de décharge 20 vont donner leur décharge simultanément.
Conformément à la méthode préférée qui vient d'être décrite, et qui tire profit de la fréquence relativement élevée des courants alternatifs usuels, obviant ainsi à la nécessité d'utiliser des appareils générateurs spéciaux, il est possi- ble, en utilisant des transformateursconvenables, de percer une feuille de matière se déplaçant à grande vitesse, d'un grand nombre de perforations par unité de surface, réparties avec une uniformité relative-
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Il est possible, par-exemple, de perforer de la sorte une couche de papier animée de la vitesse de déplacement normale avec laquelle elle sort de la machine à papier; ou, dans la fabrication de sacs, de perforer le papier de cette façon, à la vitesse avec laquelle il est amené au,formateur de tube.
Une telle opération et un tel résultat ne sont pas possibles lorsque la répartition des perforations s'effectue par un mouvement mécanique de l'une ou des deux électrodes, pour produire, successivement, une série de perforations dans le sens transversal de la feuille.
Au cas où l'on utilise des feuilles extrêmement larges,, ou lorsque des matières de rigidité diélectrique élevée doi- veht être perforées, (telle par exemple que la perforation de quatre feuilles à la fois,pour être utilisées dans la fa- brication de sacs à plis multiples) il est possible d'utili- ser deux ou plusieurs transformateurs reliés respectivement à deux séries de fenêtres à décharge, comme l'indique la fi- gure 5. De-ce fait, dans le cas d'une feuille large, on peut obtenir le double du nombre de perforations par rangées, sans augmenter le potentiel maximum par rapport au sol.
Dans la figure 5, les conducteurs sont indiqués en 22, 23, et les deux transformateurs, en T et T'. Les points cen- traux des enroulements secondaires 24, 24 des transformateurs seront de préférence mis à la terre, comme indiqué en 25.
Les fenêtres à décharge sont divisées en deux séries: l'une désignée par g, état reliée à l'enroulement secondaire du transformateur T, et l'autre,b étant reliée à l'enroulement secondaire du transformateur T'. Les conducteurs intérieurs 26-26 des enroulements secondaires 24-24 travaillent en phase, pour éviter des décharges au centre du système de fenêtres.
Les figures 6 à 9, inclusivement, illustrent une ma- chine à perforer, dans laquelle les électrodes consistent en
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disques, qui,de préférence,mais pas nécessairement sont en rotation lente, pour minimiser les effets de l'érosion, qui altérerait l'espacement des fenêtres, et pour réduire la chaleur développée localement.
Les figures 6 et 7 montrent 5 paires d'arbres 27-27' pourvus de poulies 28 pour une courroie 29 mue par un moteur 30. La disposition des disques jouant le rôle d'électrodes, 31-31', sur les arbres 27, est indiquée en détail à la figure 8. Chaque arbre 27-27', suivant le cas, est formé de bakéli- te, ou d'une autre matière non conductrice. 32 désigne l'un des organes du châssis de support des arbres ; cesarbres peu- vent, évidemment, avoir des coussinets convenables dans celui-ci, et dans l'autre organe de châssis 33. Les disques jouant le rôle d'électrodes 31,31' sont disposés entre des buselures métalliques 34, 34'alternant avec des buselures 35, 35' faites en une matière non conductrice.
Si l'on se réfère à la figure 8, le courant du conducteur 36 (figure 6) va par le balai 37, à la buselure de gauche 34, de là au disque de gauche 31, et, à travers le papier A, au disque oppo- sé 31' sur l'arbre 27'puis, à travers la buselure métallique 34' sur l'arbre 27' au disque suivant 31', à droite sur l'ar- bre 27' puis travers le papier A au disque 31 sur l'arbre 27, et ainsi de suite jusqu'au balai 38 et au conducteur 39 (figure 6). Les disques jouant le rôle d'électrodes sur les autres arbres 27, 27' sont reliés l'un à l'autre de la même manière.
Les disques sur les différentes séries de paires d'arbres (cinq séries étant représentées) sont décalés les uns par rapport aux autres de façon à rapprocher les perfora- tions les unes des autres, latéralement, dans le sens trans- versal de la feuille de papier; la disposition est équivalente, à ce sujet, à la disposition des figures 1 à 4. L'expédient consistant à faire tourner les disques continûment peut être supprimé, auquel cas les disques seront de préférence ajustés de temps à autre à la main, ou d'une autre façon, pour com- penser l'érosion.
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Les figures 10 et Il illustrent une construction dif- férente dans laquelle les électrodes consistent en plaques métalliques 40-40' pourvuesd'oreilles 41 ayant des suràces inférieures courbes 42. Ces appareils sont rainurés en 43, et sont fixés au moyen de vis 44 à des panneaux places en opposition et réalisés en matière non conductrice 45, 46, entre lesquels se meut la feuille de papier A ou toute autre matière. Les organes 40, 40' sont disposés alternativement sur les panneaux 45, 46, de telle sorte qu'un chemin soit créé pour le courant, au moyen de fenêtres de décharge en série, comme dans les autres formes de l'invention.
On a représenté, à la figure 12, de façon quelque peu schématique, une disposition par laquelle on obvie à l'intro- duction de la couche de papier entre les bancs opposés d'aiec- trodes. La couche de papier A est représentée comme passant sur des rouleaux 4?, 48, puis entre deux châssis 49, 50, sur lesquels sont montées des électrodes sous forme de disques 12, 12'; dans la disposition représentée aux figures 6 à 9, inclusivement.
Le châssis supérieur 49 est articulé par une charnière en 51, au châssis inférieur 50, de fagn à pouvoir être re- tourné, comme la figure 12 l'indique en traits interrompus, lorsqu'on met la machine en marche, ou au cas où,la couche de 'papier vient à se rompre. La pièce de papier passe de la machine à perforer sur des rouleaux 52, 53, 54, l'un ou plu- sieurs de ceux-ci étant moteurs pour entraîner la couche.
La disposition des rouleaux, est toutefois, simplement don- née à titre d'exemple, et est facultative. Tout autre moyen peut être utilisé pour déplacer le papier à travers la machine à perforer . Dans un autre ordre d'idée, on remarquera éga- lement que les réalisations décrites ci-dessus de l'invention
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du demandeur sont purement typiques et exemplatives. L'in- tention est de couvrir tous les équivalents et toutes les mo- difications entrant dans la matière des revendications ci- annexées.
En décrivant la disposition des électrodes comme trans- versale à la direction du mouvement de la matière, on n'envi- sage pas de limiter l'invention à une disposition des lignes d'électrodes et des fenêtres de décharge orthogonales par rapport au mouvement du papier. Le terme "transversal" est employé dans le sens le plus général d'un certain angle entre les deux directions. Les rangées de perforations peuvent être diagonales par rapport à la direction du mouvement de la matière, et ceci, en fait, créerait le décalage nécessaire pour rendre possible un resserrement dans le sens transversal de la feuille ou couche.
En fait, les fenêtres.peuvent être disposées de façon à donner tous les modèles de perforations qui pourraient être désirés, le principe fondamental étant de produire un certain nombre de décharges à travers la matière alors que celle-ci se déplace, ces décharges se produisant simultanément dans le sens transversal de la matière, si l'on se réfère au sens de son déplacement.
Dans l'appareil du demandeur, les électrodes, qu'elles soient fixes ou en rotation, dans ce dernier cas pour compen- ser l'érosion, ont des pointes de décharge placées dans des positions relatives données, au lieu d'une électrode se dé- plaçant par rapport aux autres, pour produire les décharges électriques. On remarquera que d'autres moyens que ceux in- diqués permettraient d'obtenir le potentiel pulsatoire élevé nécessaire pour les décharges perforantes, tels, par exemple, que la charge d'un condensateur à travers une résistance, par une source à tension élevée, ou l'emploi d'un transformateur à haute fréquence ou d'une bobine Tesla.