Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
37;~
La présente invention concerne un appareil ~ fibres
creuses utilisable pour le fra¢tionnement de fluide, notamment
pour le traitement du sangt dans lequel le fluide ~ l'extérieur
des ~ibres circule sensible~ent sur toute la longueur de 1'en-
ceinte dans laquelle se trouvent les fibres. L~appareil est
utilisable, notamment comm~ rein artificiel. La présente inven-
tion concerne également un procédé et un appareillage,pour la
réalisation dudit appareil à fibres creuses.
Les appareils connus comportent généralement un
faisceau de fibres creuses à peu près parallèles entre elles,
ayant ~ chacune de leurs extrémités ouvertes une masse de
colle solidifiée servant ~ séparer le fluide circulant à
l'intérieur des fihres du fluide circulant à l'extérieur,
lesdites fibres étant entourées par la paroi interne cylindrique
d'un carter. Lorsque ces appareils sont utilisés pour des
` opérations d'échange, telles que par exemple l'h~modialyse,
les fibres sont noyées à chacune de leurs extrémités opposées
dans une paroi, dite d'extrémité, étanche, le plus souvent
constituée de colle solidifiée et ies deux extrémités opposées
~ 20 des fibres sont ouvertes pour qu'un fluide puisse entrer par une
extrémité des fibres et ressortir par l~extrémite opposée de la
i même fibreO Lorsque ces appareils sont utilisés pour des opéra-;~ . . .
tions de séparation, par exemple en ultrafiltration ou osmose
.. :
inverse, les fibres creuses peuvent être soit disposées comme
ci-avant entre deux parois d~extrémité étanchee, l'une au moins
des extrémités des fibres ~tant ouverte, soit disposées en U,
les`extrémités des fibres étant alors toutes dans la même paroi
~i d'extrémité étanche et ouvertes ~i leurs extrémités. - ``
! Pour la bonne efficacité de ces appareils, c'est-~-
.~ ~ , .. . .
dire pour que le fractionnement soit le plus poussé possihle, il
l est n~cessaire que toutes les fibres soient également irriguées
par le fluide circulant sur leur paroi externe~ En effet si le
'
~7Z1 38~
fluide à l'extérieur des fibres circule dans les chemins préfé-
rentiels, des zones de fibres seront alors moins bien irriguées
par ce fluide et l'efficacité de l'appareil sera moindre. On
cherche donc, lors de la réalisation de ces appareils, à
maintenir les fibres avec un écartement régulier entre elles et
~ faire en sorte également que le fluide à l'extérieur des fibres
ne passe pas préférentiellement, sans irriguer les fibres creuses
au centre du faisceau,`entre les fibres périphériques du faisceau
et la paroi interne du carter entourant ledit faisceau de fibres.
~iverses solutions ont été proposées pour éviter la
préRence de chemins préférentiels pour le fluide circulant à
l'extérieur des fibres, étant généralement reconnu qu'il n'est
pas facile industriellement de préparer un faisceau de fibres
creuses et de le glisser à l'intérieur d'un carter dont le
1 diamètre de la paroi interne est inférieur au diamètre externe
A~ . du faisceau~avant introduction de ce dernier, parce qu'il y a
risque de détérioration des fibres périphériques du faisceau
et même d'allonyement et d'étirement des fibres.
Un2 solution proposée, lorsqu'on utilise un carter
en une seule pièce, consi~te à disposer une gaine flexible
autour du faisceau avant son introduction dans l'enceinte.
~,
, Ainsi la présence de la gaine protège les fibres périphériques
.
- du faisceau lors de son introduction dans le carter. Cette
façon d'opérer nécessite donc une gaine auxiliaire qui elle-même
doit 8tre choisie et coD~ue de ~açon telle qu'elle n'abime pas
les fibres périphériques du faisceau lors de sa mise en place
autour de ce dernier. Pour cela cette gaine est avantageusement
concue de façon telle qu'elle ait ùn diamètre interne supérieur
. ~ -
celui du faisceaa avant sa mise en place autour de ce dernier
et qu'elle puisse se rétracter dans ~a dimension periphérique
trànsversale pour-produire un effet de serrage sur le faisceau
lorsqu'elle est soumuse à une tension iongitudinale tcf. brevet
;~ '
.
~C~7Z~3~3g~
américain 3 339 341). Cependant cette solution présente l'in-
convénient de rendre la fabrication du faisceau, et par là de
llappareil, assez longue et donc pas valable économiquement,
notamment pour la fabrication d'appareils de grande série et bon
- marché~
Lorsque le carter entourant le faisceau de fibres est
en une seule pièce, une autre solution connue de l'art antérieur
; consiste, apres mise en place dans le carter d'un faisceau de ::
diamètre inférieur au diamètre interne du carter, à introduire
' dans I'appareil, a l'extérieur des fibres, un produit de rem-
plissage tel que des partlcules inertes judicieusement choisies :(cf. brevet américain 3 503 515). Cependant cette solution nlest
pas facile à mettre en oeuvre et il est difficile d'éviter un
~ entraînement de ces particules lors du fonctionnement de ~:
l'appareilO D'autre part cette solution, ainsi que celle du
brevet américain 3 339 341 précédemment cité, présentent l'in- ~:
convénient de mettre le fluide circulant ~ l'extérieur des fibres
avec un élément supplémentaire (gaine ou particuleq), ce qui
.~ impose que le matériau constituant cet élément supplémentaire
'! 20 soit compatible avec ce fluide, d'autant plus quand le fluide
circulant ~ l'extérieur des fibres e~t du sang.
Il est également connu de l'art antérieur de réaliser
des appareils ~ fibres creuses en disposant deux demi-coquilles ..
-~ sensiblement identiques autour d'un faisceau de fibres parallèles
entre elles. Cette solution nécessite cependant de prendre des
précautions pour ne pas pincer les fibres lors du rapprochement
~, : des demi-coquilles et impose enquite de r~aliqer une ~tanch~it~
sur toute la longueur de l'enveloppe en deux endroits.
Un but de la présente invention est donc un appareil
~ fibres creuses ne présentant pas les inconvénients des appareils
de l'art antérieur t dans lequel il n'y a pas pratiquement de
'
chemin préférentiel pour le fluide circulant ~ l'extérieur des
. . .
~ . , .
~t~7 Z~tt~3~
fibres et dans lequel il est facile de disposer le carter
autour des fibres creusesO
Il a maintenant été trouvé, et c'est ce qui fait
l'o~jet de la présente inve~tion, u~ appareil ~ fibrQs creuses
pour le fractionnement de fluide, utilisable notamment comme
rein artificiel, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un mandrin tronconique vers les extrémités duquel
se trouvent deux parois dites d'extrémité, entourant ledit
mandrin et par lesquelles sont maintenues des fibres creuses
s'étendant d'une paroi d'extrémité à l'autre, au moins une des
parois d'extrémité étant étanche et traversée par les extrémités ~-
~ ouvertes des fibres creuses,
- - un carter externe dont la paroi interne est tron-
conique au moins dans la plus grande partie de sa longueur à
proximité des fibres creuses,
- des moyens d~arrivée et/ou d'évacuation pour le
fluide circulant ~ l'intérieur des fibres creuses,
` - des moyens pour l~arrivti~e et/ou l'évacuation pour
le fluide circulant sur la paroi externe des fibres.
~1
~'objet de la prt~sente invention est également un
i, ~ , .
~procti~-tdé et un appareillage perfectionné pour la réalisation de
l'appareil selon la présente inventiont,L~
~e terme "fractionnement" utilisé ci-avant englobe tout
`,~ échange ou transfert de mati~re (ou même de calories) par lequel,
~, .
après intervention dudit fractionnement, on obtient ~n ou plus
~ ~ieu~ fluides n'ayant pas la même composition ou les mêmes pro-
I prietés que le (ou les) fluide(s) introduit(s) dans l~appareil
fibres creu~es. Les opérations de fractionnement envisagées
sont dontt essentiellement : - des opérations d'échanges (dialyse,
. .
par exemple rein artificiei ~ osmose directe - échange gaz-gaz -
échange gaz-liquide, par exemple poumon artificiel~, - des
opérations de séparation (ultrafiltration, osmose inverse,
.
- 4 - ~
. ', ~.
~7Z~34
perméation gazeuse), - et même des opérations de mélange~ Mais
l'appareil à fibres creuses selon la présente invention peut
egalement être utilisé dans des opérations telles que l'échange
thermique entre deux fluides, l'humidification et/ou le condi-
tionnement d'air, la dissolution de certains gaz dans des
liquides O . .
- Dans l'appareil selon la présente invention, par
l'expression "fibres creuses" on désigne des fibres de forme
tubulaire, c'est~à-dire comportant en leur sein un canal
continu disposé sensiblement selon l'axe de la fibre. Les
fibres creuses utilisables peuvent être de tout type connu et
en tout materiau macromoléculaire naturel, artificiel ou
synthétique. En particulier il peut s'agir des fibres mentionnées
dans les brevets français 1 307 979,1 586 563, 2 017 387 et
américain 3 674 6~8. Ces fibres peuvent être obtenues par voie
sèche (évaporation de solvant) ou par voie humide (coagulation~.
I La nature précise des fibres creuses est choisie en fonction
de l'application envisagée et naturellement, pour des opérations
de simple échange thermique les fibres creuses utilisées seront
20 - imperméables aux fluides circulant sur leurs parois externe ou
interne et en matériau tels que ceux décrits notamment dans le
brevet américain 3 315 740~
Les fibres creuses utilisables dans`l'appareil selon
la présente lnvention ont un diamètre extérieur généralement
inférieur ~ 1,5 mm, de préférence inférieur à 0,75 mm et généra-
lement supérieur ~ 5 microns. Pour une utilisation de l'appareil
. .
comme hémodialyseur ou comme poumon artificiel le diamètre externe
'~ ~ des fibres est de préférence supérieur à 300 microns~ L'épais-
`;,! seur de la paroi des fibres est généralement comprise entre
` 30 1 et 100 microns~
On donne, ci-après, la description d'un appareil selon
la présente invention avec référence aux figures ci-jointes
_ 5 _
.~ ' '
~ ~7Z~
qui illustrent de fa~on schématique, ~ titre d'exemples non
limitatifs et sans echelle déterminée, des modes de réalisation
particuliers dudit appareil.
La figure l représente un appareil en coupe selon son
axe longitudinal.
~ La figure 2 représente une variante de réalisation
- de llappareil en demi-coupe selon son axe longitudinalO
La figure 3 représente un appareil plus spécialement
utilisable pour des opérations de séparation.
La figure 4 est une vue en perspective d'un appareilla-
ge pour preparer un appareil à fibres creuses selon la présente
invention.
La figure 5 est une vue de dessus partielle de l'appa-
reillage de la figure 4.
La figure 6 est une coupe selon VI-VI de la figure S
et selon VI-VI de la figure 7.
.t La figure 7 est une variante de réalisation, en vue
1 de dessus, d'un appareillage pour préparer un appareil à fibres
creuses selon la présente invention.
La figure 8 est une autre variante de réalisation d'un
,. .
appareillage~ ~ -
, ~
La figure 9 est une variante de réalisation d'un
appareil selon la prése~nte invention.
L~appareil selon la figure l comprend un mandrin l et
deux parois d'extrémité étanches 2 dans lesquelles sont noyées ;
les zones terminales des fibres 3 qui s'étendent d~une paroi
~ . . .
d'extrémité ~ 1'autre. Les fibres 3 sont en contact entre elles
at peuvent être avantageusement sous forme de torsades les unes
à coté des autres, telle9 que celles décrites dans le brevet
belge No. 815,828*. Préférentiellement chaque
torsade de fibres creuses comprend deux fibres ou comprend
elle-mame deux torsades de deux fibres enroulées entre elles. -
.,
*accordé le 2 décembre 1974 ~ Rhone-Poulenc S.A.
-- 6 --
' '.
r - ~
~7Z~
Chaque extrémité des fibres 3 est ouverte et débouche dans un
compartiment 4 ou 5 comprenant des moyens 9, io pour l'introduc-
tion ou l'évacuation d'un fluide ~ l'intérieur des fibres creuses
3. Autour des fibres se trouve un carter 6 comprenant des
moyens 7, 8 pour l'introduction et l'évacuation dlun fluide sur
la paroi externe des fibres creuses 3~ La caractéristique de
cet appareil provient du fait que le mandrin l est tronconique sur
la plus grande partie de sa longueur comprise entre les parois
d'étanchéité 2 et que la paroi interne 11 du carter est de
même tronconique, au moins dans sa partie faisant face à la
partie L tronconique du mandrin. Comme c'est le cas pour
l'appareil selon la figure l les extrémites l9 et 20~du mandrin,
autour desquelles se trouvent les parois d'extrémité étanches
2 annulaires, sont de diamètre inférieur au diamètre de plus
faible section de la longueur L tronconique du mandrin.
~ L'extrémité l9 du mandrin, proche de la partie L tronconique
J du mandrin l de plus grand diamètre, est alors de diamètre
~! supérieur au diamètre de l'extrémit~ 20 du mandrin, proche de
la partie L tronconique du mandrin de plus faible diamètre. Le
raccordement des extrémités 12 et 13 de la partie tronconique L
du mandrin avec les extrémites l9 et 20 du mandrin autour des-
quelle9 se trouvent les parois d'extrémité étanches 2, se fait
par une diminution progressive de la section du mandrin dans
les zones repérées en 14 et 15. Les extrémutés l9 et 20 du
mandrin 1 autour desquelles se trouvent les parois sont avanta-
.1 :
geusement cylindri~ue, mais elles peuvent également par exemple
diminuer progressivement de section au fur et à mesure que l'on
se rapproche des compartiments 4 et 5~ Les parois d'extrémité
.~ .
2 étanches comprennent généralement un ruban enroulé en spirale ~ - -
~' 30 autour des extrémités l9 et 20 du mandrin, les fibres creuses 3
étant disposées entre les spires du ruban avec de la colle.
Comme il a été dit ci-a~ant, la paroi interne ll du carter 6
- 7 -
'
, `,, ' :, , ` ' ; ` ` `~ ~1
est tronconique au moins dans sa partie faisant face à la
longueur L tronconique du mandrin. Les conicités de la longueur
L du mandrin et de la paroi interne 11 du carter 6 sont avanta-
geusement légèrement différentes de façon à ce que llon conserve
une section de passage pour les fibres 3 sensiblement la meme
sur toute la longueur L tronconique du mandrin. Dans le cas de
l'appareil de la figure 1, les paroi~ d'extrémité étanches 2
sont au contact de la paroi interne 11 du carter 6 alors que
cette paroi 11 est cylindrique à ces endroits. Ceci permet
par exemple d'introduire l'ensemble "mandrin 1, fibres creuses
3 et parois dlextrémité 2" dans le carter 6 et d'effectuer un
serrage à pression désiree des ~ibres creuses 3 contre la paroi
interne 11 du carter 6. Il peut être alors judicieux après ~-~
que le mandrin et le carter aient étéfixés l'un à l'autre de
procéder ~ une injection de colle sur la périphérie des parois
d ! extrémité 2 grâce à des trous prévus à travers le carter 6,
; comme cela sera décrit plus loin pour les figures suivantes.
L'appareil de la figure 1 a été représenté avec un seul flasque
16 d'extrémité, mais il peut en comporter un ~ chaque extrémité.
, 20- D~autre part les moyens maintenant les difféxents élféments~'e~ h~`~ :
~`~ entre eux (mandrin, flasque, carter) ou assurant l!stah~i~e
i entre ces éléments n'ont pas été représentés étant donné qu'ils
s,
sont tous connus de l'homme de 1'art et n~ forment pas des
caractéristiques de l'appareil.
Pour le fonctionnement de l'appareil selon la fiyure
1, par exemple comme dialyseur, on fait arriver un fluide à l'in-
.
térieur des fibras par la tubulure 9 et ce fluide sort de
- l'appareil, après avoir circulé dans les fibres, par la tubu-
.. .. ... ... .
lure 10. Bien entendu-il est possible également d'introduire
ce fluide dans les fibres par la tùbulure 10 et de le faire
ressortir par la tubulure 9. Le fiuide circulant ~ l'extérieur
des fibres est introduit dans l'appareil par la tubulure 7 et
~ 8 - ~ ~
.
3L~7~8~4
ressort de llappareil par la tubulure 8, ou vice versa, après
àvoir parcouru sensiblement toute la longueur de l'enceinte
définie par le mandrin 1, la paroi interne 11 du carter 6 et
les parois d'extrémité 2. Les tubulures par lesquelles arrive
ou sort le fluide circulant à l'intérieur des fibres comportent
~ leur proximité une flèche ~ un chevron, tandis que les tubu-
lures servant pour le fluide circulant ~ l'extérieur des fibres
comprennent une flèche à deux chevrons, cette conven-tion étant
conservée pour les appareils dont il sera question ci-après.
Le fonctionnement de l'appareil selon la figure 1 a
été décrit comme dialyseur, mais cet appareil peut également
~! être utilisé pour des opérations de séparation, c'est-a dire
des opérations telles que notamment l'ultrafiltration, l'o-smose
inverse ou la perméation dans lesquelles un fluide introduit
dans l'appareil est divisé en deux fractions : - l'une n'ayant
.
pas traversé les membranes (les fibres creuses) étant appauvrie
du (ou des) constituant(s) du fluide initial ayant traversé les
membranes, tandis que l'autre (fraction~ ayant traversé les mem-
branes est enrichie en ce (ou ces) constituant(s) du fluide
initial~ Ainsi on peut avantageusement introduire un fluide
.~ . .
~- : sous pression dans l'appareil par la tubulure 7 et recueill~ir - :~
la fraction du fluide n'ayant pas traversé les fibres creuses
par la tubulure 8, ou vice versa, ~andis que la fraction du.
- ~ fluide ayant traversé les membranes est récupérée par les
~ .
`~ tubulures 9 et 10~ -
a figure 2 représente une variante de l'appareil
~ ~ selon la figure 1. Dans cet appareil la paroi interne 11 du
.~ carter 6 est tronconique sur toute sa longueur, jusqu'au:flasque
I d'extrémité 16. En outre les zones 14 et 15, par lesquelles : - .
~ 30 les extrémités 12 et 13 de la longueur L tronconique du mandrin : -
,
se raccordent aux extr~mités 19 et 20, avantagsusement cylin-
, driques du mandrin, ont une configuration diff~rente de celle
` , ' ` , , :
'
:
~72884
des zones 14 et 15 de l'appareil selon la figure 1, en effet
les zones 14 et 15 de l'appareil selon la figure 2 forment une
courbe en coupe. Les parois d'extrémi~é étanches 2 comprennent
chacune une partie 17 de colle rapportée sur leur périphérie
grâce à des ouvertures 18 régulièrement réparties ~ travers le
- carter 6, par exemple dans un plan sensiblement perpendiculaire
à l'axe de ce dernier vers chaque paroi d'extrémité étanche 2.
Ces ouvertures 18 permettent, après que l'ensemble "mandrin 1,
fibres creuses 3 et parois d'extrémité 2" ait é é introduit dans
le carter et serré par exemple ~ pression désirée, d'introduire
de la colle sur la périphérie des parois d'extrémité 2 étanches,
et de rendre ainsi solidaires, de manière étanche les parois
d~extrémité étanches 2 et la paroi lnterne 11 du carter 6,
grâce à la 9urépaisseur 17 de colle rapportée. Avec l'appareil -
selon la figure 2 il est toutefois ]possible, à titre de variante,
: . .
d'introdulre dans le carter 6 un ensemble "mandrin 1, fibres
, creuses 3 et parois d'extrémité 2" dont lesdites parois 2 ont
; d~jà la conici.te de la paroi interne 11 du carter, cette conicité
étant obtenue, par exemple, par sur~moulage sur ces parois 2.
i
La figure 3 représente un appareil selon la présente
invention dont la paroi interne 11 du carter 6 est tronconique
sur toute sa longueur. Cet appareil est plus spécialement concu
pour des opérations de séparation et il ne comprend qu'une
tubulure 9 pour l'évacuation du fluide ayant -traversé les
fibres creuses 3, le fluide circulant à l'extérieur des ~ibres
passant par les kubulures 7 et 8. Les fibres creuses 3 sont
ouvertes à leurs extrémit~s débouchant dans le compartiment 4
de récup~ration du fluide ayant traversé les fibres creuses 3.
i Lorsqu3une fibre a ses extrémités dans les deux parois d'extre-
mité 2, il est pxéféxable que seule 13 extrémité débouchant dans
le compartiment 4 soit ouverte. Dans l'appareil selon la
f.igure 3 les fi.bres creuses 3 peuvent d'autre part etre disposées
.~. . . .
10 -- . , .
" . .~ , ,
,: .:
728~4
sous forme de U dont les deux extrémités ouvertes debouchent
dans le compartiment 4, tandis que le coude du U se trouve
dans la paroi 2 ~ gauche de l'appareil. Il est ~ noter que la
paroi d'extrémité 2, à gauche de l'appareil dans le cas de la
figure 3, n'a pas besoin d'être étanche lorsque l'extrémité
des fibres est fermée à cet endroit ou lorsque c'est le coude
de chaque fibre en U qui se trouve à cet endroit. Cette paroi
2 à gauche de l'appareil n'a alors pour fonction que de main-
tenir les fibres creuses, notamment lors de leur mise en place
autour du mandrin.
La figure 9 représente une variante de réalisation
d'un appareil selon la présente invention, dans lequel le mandrin
1 est bitroconique sur sa longueur L située entre les points
repérés en 12 et 13 et comprend un carter avec deux éléments 6a
- et 6b reuni~ entre eux de`manière étanche dans un plan perpen-
diculaire ~ l'axe longitudinal du mandrin 1, chaque élément 6a
et 6b ayant sa paroi interne lla ou llb tronconique. Comme pour
l` les appareils précédemment décrits, les conicités du mandrin 1
et de la paroi interne lla ou llb de l'élément 6a ou 6b du
carter lui faisant face sont avantageusement différent~s entre
elles~ et de préférence ces conicités sont telles que la
i section de passage pour les fibres 3 soit sensiblement la même
sur toute la longueur L tronconique du mandrin 1. Un avantage
:
de l'appareil selon la figure 9 par rapport aux appareils selon
les figures 1 à 3 décrits ci-avant résulte du fait qu'il peut
être symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe
longitudinal du mandrin, ce qui entrâine notamment une réduction
du nombre de moules pour les pi~ces devant être injectées, par
exemple lorsque le mandrin comporte des pi~ces rapportées vers
ses extrémités 19 et 20.
Un avantage essentiel des appareils selon les figures
1 à 3 et 9 préc~demment décrits par rapport aux appareils de
., ' ' '. .
- 11 - .,
.'', , ' ' '." ~'' .
~7~:8~
l'art antérieur résulte de la grande facilité avec laquelIe on
peut mettre le carter (éventuellement en deux éléments) autour
et au contact des ~ibres creuses 3, sans risque de détérior~-
tion de ces dernières. En effet le contact entre les fibres 3
et la paroi interne 11 du carter ne s'effectue, au montage de
l'appareil, que sur une petite distance d'avancement du mandrin
ou du carter, du fait de leur conicité relative. D'autre part
dans les appareils selon la rpésente invention il n'y a prati-
quement pas de chemins préférentiels entre la paroi interne 11
tronconique du carter et les fibres creuses périphériquès à
son contact, ou entre les fibres creuses entre elles, particuli-
èrement lorsque ces dernières sont sous forme de torsades.
Ainsi il y a moins de zones de fibres mieux irriguées que
d'autres sur leur paroi externe étant donné que les fibres
sont régulièrement serrées les unes contre les autres entre
. , .
toute la longueur L tronconique du ]mandrin 1 et la paroi interne
11, lla, llb du carter 6, 6a, 6b, qui peuvent éventuellement
avoir un profil favorisant les turbulences.
De nombreuses autres variantes de réalisation de
~ . .
l'appareil selon l'invention sont à la portée du technicien. A
titre d~exemples non illustrés, le mandrin peut comprendre
, :
`' plusieurs parties réunies entre elles, il peut être creux
intérieurement, il peut avoir ses extrém~tés l9 et 20 rapportées,
etc.O. Il doit être indiqué également, bi n que cela ne soit
pas un mode de réalisation préférentiel de l'appareil, que les
. .
; sections transversales du mandrin tronconique (ou bitronconique)
'~ ~ peuvent être de forme autre que circulaire, de même que les
~extr~mit~s 19 et 20 supportant les parois d'extrémité 2. Mais
on ne sort pas de ~'appareil selon l'invention à partir du
moment où le mandrin est tronconique (ou bitronconique) au
i ~ moins sur 70 ~/0 de sa longueur~comprise entre les deux parois
; d'extrémité maintenant les fibres et que la paroi interne du
- 12 -
:, .
., . ' .' :
~ 7;2813~
carter (en deux éléments dans le cas de mandrin bitronconique)
est de même tronconique au moins sur la plus grande partie de
sa longueur faisant face à la longueur L tronconique du mandrin.
Un procédé et un appareillage permettant la réalisa-
tion des appareils ~ fibres creuses selon la présente invention
ont été décrits dans les demandes au Canada Ns. 277,923 et
277,924, toutes déposées le 9 mai 1977 au nom de la demanderesse.
L'appareillage décrit et illustré figures 5 à lO de la demande
277,923 et l'appareillage des figures 6 a 8 de la demande
277,924 sont particulièrement avantageux pour la réalisation
des appareils à fibres creuses selon la présente invention.
Ces appareils et les procédés relatifs sont spécialement adaptés
pour la réalisation d'appareils à fibres creuses dont le
mandrin présente un profil tel que les extrémltés, sur lesquelles
; sont formées les parois 2 de maintien des fibres, sont de
di~mètres différents l'une de l'autre. En effet, les vis file-
tées dont il est notamment question dans ces demandes, et qui
servent à l'entraînement des fibres creuses jusqu'aux mandrins,
peuvent avoir un profil tel que les fibres puissent, tout en
` 20 étant entrainéès par les vis filetées, se conformer aux change
ments de section transvèrsale du mandrin.
Il à cependant été trouvé notamment lorsqu'un mandrin
présente de grosses variations de section transversale sur une
faible longueur, ce qui est le cas notamment aux endroits
~ repérés en 14 et 15 avec le mandrin 1 pour l'appareil à fibres
- creuses 5elon la présente invention, qu'il est avantageux, tout
en conservant des vis filetées ou des moyenq équivalents pour
faire avancer les fibres creuses, de disposer au moins une
pi~ce intermédiaire qui dans la suite de la description sera
30 dénommée "rampe de surlongueur" ou plus simplement "rampe" sur
laquelle prennen~ appui les fibres formant l'enveloppe à section
polygonale dont il est question dans la demande cidessus 277,924
- 13 -
,
~L~7~
ou formant les spires dont il est question dans la demande
ci-dessus 277,9230 Ainsi avec la présence de cette (ou de ces~
rampe(s~,les vis filetées peuvent par exemple être cylindriques
sur toute leur longueur, ce qui rend leur usinage plus facile.
Les surlongueurs devant être prévues sur l'enveloppe de fibres
creuses ~ section polygonale ou sur les spires de fibres
; creuses pour que lesdites fibres se disposent autour du profil
longitudinal du mandrin, seront obtenues grâce ~ la forme de
cette (ou ces) rampe(s) dont de plu~ amples détails se trouvent
~ lO ci-après.
; La figure 4 représente en perspective un ~ppareillage
pour la fabrication d'appareils à fibres creuses selon la
présente invention, cet appareillage étant muni des "rampes de
surlongueurs" 24 dont il a été question ci-avant. Cette figure
4 représente schématiquement l'appareillage avec ses éléments
essentiels pour la compréhension de son fonctionnement, les
mandrins coniques l étant représentés approximativement lorsque
le nombre voulu de fibres creuses 3 a été enroulé autour de
chacun d'euxO
.~ .
Llappareillage selon la figure 4 comprend un dispo-
' sitif pour enrouler au moins une fibre creuse 3d autour de moyens
;`~ permettant d~obtenir avec cette fibre 3d une enveloppe 3c ~
section polygonale. Ce dispositif comprend un cadre 21, en
: - . .
rotation autour de son axe, avec des bobines 22 de fibres
creuses 3d et des guide-fils non représentés. Les moyens
t
d'entrainement de ce cadre 21 n'ont pas été représentés pour
la ~impli~ication du dcff~sin~ Chaque bobine 22 a eu moins une
' fibre creuse 3d et peut éventuellement en avoir plusieurs ; ~
dans ce dernier cas les ~b~e~ creuses sont avantageusement ~ -
torsadées. Le cadre 21 a été représenté avec quatre bobines
.
22, mais il peut n'en avoir qu'uneO Les moyens permettant
d~obtenir avec les fibres 3d une enveloppe à section poly~onale
- 14 -
: . . ; ; .: : . .:
~L~7~8~
3c comprennent des tiges 23 cylindriques au moins partiellement
filetées, disposées ~ proximité de chaque extrémité de mandrin
1 et sur la partie filetée desquelles les fibres creuses sont
déposées par enroulement grâce au cadre 21. Les fibres creuses
3d sont également déposées sur les rampes de surlongueur 24
dont plus de détails seront donnés ci-après, notamment lors de
la description de la figure 6. Ces tiges 23 peuvent être en
rotation sur elles-mêmes autour de leur axe longitudinal 25,
grâce à des moyens d'entraînement non réprésentés. Dans le cas
des figures 5 et 6 les tiges 23 sont représentées filetées sur
toute leur longueur~ L'appareillage selon la figure 4 comprend
quatre mandrins 1, deux tiges filetées 23 entre deux mandrins 1
consécutifs et une rampe 24 entre deux vis filetées adjacentes.
Mais le nombre de mandrins peut être plus grand, par exemple
égal à six, et il est peut être plus petit, par exemple égal
à trois. Lorsque le nombre de mandrins est égal ~ deux, ceux-ci
sont avantageusement disposés de façon à ce que leurs axes
soient sensiblement parallales entre eux. Dans l'appareil
selon les figures 4 et 5, les axes 26 des mandrins 1 sont dans ~ ;
un même plan perpendiculaire ~ l'axe de rotation du cadre 21
et les moyens pour faire tourner les mandrins 1 autour de -
leur axe 26~n~ont pas été représentés. L'appareillage selon
les figures 4 et 5 comprend des moyens pour maintenir l'enve-
loppe 3c de fibres creuses avant de la sectionner ; ces moyens
sont par exemple des rubans 27 ou des fils. Ces rubans 27
sont de faible épaisseur, ~énéralement d'épaisseur comprise
entre 0,05 et 2 mm et de préférence entre 0,1 et 1 mm. La
.
largeur des rubans est en général inférieure ~ 7 cm et de
préférence inférieuxe à 3 cm. Ces rubans 27 peuvent être en
mati~re synthétique telles que polypropyl~ne, polyamide ou
polyester, sous forme de film par exemple, ou ~n matière
naturelle telle que le coton par exemple. Lee rubans 27
) peuvent être extrudés, tressés, tricotésl tissés
: . .
- 15 ~
, !
', . " , ', ; ~ , ' ' ' ' ';' ' ' ' ' ' '
~2~
ou non tissés et avoir une multitude d~ petits trous. Ces
rubans 27 peuvent être couverts de matière adhésive au moins
sur une partie de leur largeur par passage dans des bacs
encolleurs 28, avant de s'enrouler autour des extrémités l9
et 20 du mandrin l et de maintenir l~enveloppe à section poly-
gonale à ces endroits L'appareillage selon les figures 4 e-t
5 comprend des moyens 29 de sectionnement de l'enveloppe de
fibres creuses. Ces moyens de sectionnement 29 sont avantageuse-
ment positionnés de fa~on telle que l'enveloppe de fibres creu-.
ses 3c est sectionnée alors qu'elle est maintenue autour des ..
extrémités l9 et 20 du mandrin par les rubans 27. Ces moyens de
sectionnement 29 peuvent par exempie être constitués par des
lames animées drun mouvement de va-et-vient, par des fils
chauffés, ou avantageusement par des lames tournantes. Ces
moyens de sectionnement de l'enveloppe de fibres sont situés
~ proximité de chaque extrémité 19 et 20 de chaque mandrin. .
La figure 5 représente en vue de dessus partielle,
sans échelle déterminée et très schqmatiquement, l'appareillage .~ -.
de la figure 4 en d~but d'enroulement des fibres creuses autour
.d'un mandrin l, les moyens d~enroulement des fibres étant omis.
.La figure 6 représente une ram~e de surlongueur 24, cette figure . :
étant en coupe selon VI-VI de la figure 5, les fibres creuses
de l'enveloppe polygonale n'ayant pas été représentée pour la :.;
clarté du dessin. Lorsque le cadre 21 est en rotation autour .
de son axe, les fibres creuses 3d en provenance des bobines 22
. se déposent sur les vis filetées 23 en rotation autour de leur . .
axe 25 et sur les rampes de surlongueur 24 pour constituer
l'enveloppe à section polygonale 3c 7 En considérant la figure
6, chaque fibre 3d se dépose au point B sur la rampe 24 et en
.
` meme temps sùr les Vi8 filetés 23 adjacentes vers la partie .:
~ 30 inférieure de ces derniares. Les tiges filetées 23 étant en
rotation de facon ~ permettre l'ascension des fi~res, ces derni-
èr~s vont tout d'abord parcourir la longueur D de la rampe 24
- 16 -
7;~813~
Cette partie D de la rampe 24 a une très faible pente par
rapport aux axes 25 des vis filetées 23 et correspond ~ la
période pendant laquelle les fibres se détendent de leur
tension d'enroulement initiale. En continuant leur ascension
sur les tiges 23 les fibres vont alors parcourir la longueur
SL de la rampe 24 correspondant à la période pendant laquelle
les fibres entrent au contact du mandrin 1 et se disposent
autour de ce dernier avec l'aide des rubans 27 s'enroulant aux
extrémités 19 et 20 dudit mandrin 1. Après que la rampe 24
a rempli ses fonctions, la fibre quitte la rampe 24 et peut
continuer son ascension sur les vis ~iletées 23 seulement ~ -
L'enveloppe de fibres est avantageusement sectionnée dans la
zone correspondant à la longueur S des tiges filetées 23. :. :
La figure 5 montre plus spécialement en vue de dessus, : .:
comment une fibre creuse constituant l'enveloppe de fibres
creuses à section polygonale peut changer de position depuis
le moment où elle est déposée par enroulement sur les rampes
24 et les vis.filetées 23 : fibre 3a représentée en pointillé
~ . jusqu'au moment où elle est disposée autour du mandrin l et .
,`,! 20 n'es~ plus en contact qu'avec les vis 23 avant d'~tre sectionnée
~ par les moyens 29. Dans cette dernière position la fibre est
.
représentée en trait plein 3b~ De cette figure 5 il ressort
~clairement que les rampes 24 sont con~ues de façon telle que . .
,i la longueur de la fibre en position 3a (entre A et B) au moment
de son dépôt par enroulement sur les vis filetées 23 et la
rampe 24 oit sensiblement égale a la longueur de la fibre en .
: position 3b (entre C et D) après~qu'elle se soit placée autour du
, mandrin 1 et sur se~s extr~émités 19 et 20 et ait quitté la rampe
24. Les lignes en pointillé 27a schématisent A chaque extrémité
19 et 20 de man~rin 1 la position des rubans 27 lorsque les :
; fibres viennent d'être déposées par enroulement sur les rampes ~:-
24 et les vis filetées 23.
.. . ~ .
. - 17
.
, , " , , ~ , ~ , . . . : ~ : ,. . ..
- 3 1)7Z~
Il est toutefois à remarquer dans les figures 1 ~ 3 et
9 de l'appareil selon la présente invention que les fibres creu-
ses 3 à proximité du mandrin 1 sont plus longues que les fibres
périphériques ~ proximité de la paroi interne 11 du carter 6~
Pour cela il est avantageux en cours d'enroulement des fibres
: autour des mandrins 1 de prévoir un déplacement des rampes 24
de mani~re à réduire les surlongueurs de fibres dans llenveloppe
3c ~ section polygonale. La figure 6 montre en pointillé le
sens dans lequel la rampe 24 est déplacée progressivement en
cours de réalisation d'un appareil ~ fibres creuses, les moyens
permettant le déplacement de la rampe n'étant pas représentés. ~ .-
- Les rampes dont il est question dans la description
sont de construction facile et peuvent consister en une simple
tige que l'on peut facilement mettre en forme, par exemple un
. jonc d'acier inoxydable de 3 mm de diamètre. Chaque rampe 24
est maintenue par des moyens non représentés dans la figure 4
Pour la réalisation des appareils selon la présente
invention avec l'appareillage des figures 4 à 6, on opère de la
manière suivante :
- on fixe chaque ruban 27, apr~s passage dans un bac
- encolleur 28 à une e~trémité 19 ou 20 d'un mandrin 1,
- on fixe l'extrémité de chaque fibre creuse 3d d~vidée
depuis une bobine 22 sur un point fixe de llappareil après avoir
, . .
` . fait passer cette fibre 3d dans le guide-fil (non représenté) ~- . .
:! de la bobine,
on met en rotation autour de leurs axes les mandrins
1, le cadre 21 et les.tiges filetées 23, et on met en action
les moyens 29 de secti3nnement,
. : - lorsque l'enveloppe 3c de fibres creuses s'est
:~, 30 placée autour des mandrins et arrive au contact des moyens 29 de
sectionnement, on obtient ainsi des fibres creuses 3 ouvertes
aux deux bouts~
- 18 -
~72~3~34
- on sectionne les rubans 27 lorsque l'épaisseur
(ou le nombre) de fibres creuses 3 est suffisante autour
des mandrins 1.
Il ne reste plus alors qu'à disposer, après enlève-
ment du mandrin de l'appareillage, le carter 6 autour des
fibres 3 soutenues par le mandrin 1, ainsi que le (ou les)
flasque(s~ d'extrémité.
De nombreuses variantes de l'appareillage décrit
ci-avant et représenté figures 4 à 6 apparaîtront au technicienO
Ainsi les moyens pour aire avancer l'enveloppe 3c à section po_
lygonale de fibres creuses peuvent être des vis filetées que
dans la zone de dépôt des fibres 3d. Ainsi l'ascension des
fibres de l'enveloppe 3c dans la partie non filetée des tiges
23 se fait grâce à la poussée des fibres en provenance de la
zone filetée des tiges. Chaque vi~; filetée peut éventuellement
être remplacée (quoique cette solut:ion ne soit pas préféren-
tielle) par deux éléments adjacents dont le mouvement de l'un
par rapport ~ l'autre est analogue au mouvement des éléments
d'entraînement des tissus sous le "pied de biche" d'une machine
coudre.
1 , .
Dan~ appareillage décrit ci-avant les bacs encolleurs
28 peuvent éventuellement etre supprimés, car il est avantageux,
mais non indispensable, que les rubans 27 soient préalablement
encollés. Etant donné que les fibres creuses de l'enveloppe
3c ~ section polygonale peuvent être maintenue~ par les rubans
27 contre les extrémités 19 et 20 de chaque mandrin, l'absence ~ ;
de matière adhésive notamment au moment du sectionnement niest
pa~ rédhibitoire pour le procéd~é. Pour la réalisation de l'étan- ~ -
~heité de la (ou des~paroi(s) 2 de l'appareil à fibres creuses
: ' .
~i 3, il suffLra de procéder ultérieurement selon une technique
d~injection connue.
Quolque l'appareillage d~crit ci-avant comprend deux
:` . ' .:
7~
vis filetées 23 entre les extrémités de deux mandrins l succes-
sifs, il est cependant possible de n'avoir qu'une seule vis 23 ,
'' entre deux mandrins consécutifs. La figure 7 illustre un tel cas.
Comme la figure 5, la figure 7 peut être considérée comme une
vue de dessus partielle (le cadre 21 et les bobines 22 étant
omis) de l'appareillage de la figure 4 en début d'enroulement
, des fibres creuses autour des mandrins, ces derniers étant
- ramenés au nombre de deux seulement. Les rampes 24 de sur-
~ longueur, dans ce cas, peuvent être avantageusement placées
', lO par exemple dans le plan passant par les axes 25 des vis 23,
,~ de chaque côté de 1'appareillage (voir figure 7)0 La figure 6
peut être considérée comme une coupe partielle selon VI-VI de
' la figure 7 (les fibres creuses de l~enveloppe à section poly-
gonale n'ayant pas été représentées) et tous les commentaires
, donnés lors de la description des figures 5 et 6 sont transposa-
bles pour la figure 7. Comme pour 1~appareillage des figures 4
,' et 5, des moyens non représentés peuvent être prévus pour, par -'
` exemple, que les mandrins 1 s~éloignent réguli~rement et progres-
, sivement de l'enveloppe,polygonale de fibres creuses au fur et
~ mesure de 1'enroulement de ces dernières autour du mandrin.
`~' La figure 8 représente un appareillage plus spéciale-
,~ ~ ment adapté pour la réalisation d'appareils à fibres creuses
!~ selon la figure 3 lorsque ces derniers ont leurs ~ibres disposées
~. . . .
" , en U ~ une de leurs parois d'extrémités. Dans cet appareillage on
' retrouve tous les éléments de l'appareillage précédemment décrit
pour les figures 4 ~ 7 t seuls des guide-fils 30 ayant été re- -
présenté4 en plus. Les ~ibres creuse~ 3d en provenance des
' bobines 22, apres avoir passé par les guide-fils 30, sont dépo- ,
sées par enroulement grâce au cadre 21 autour des vis filetées
~ 30 23 et des rampes 24 et on peut considérer que l'on obtient alors
i une enveloppe 3c polygonale de fibres creuses. Cette enveloppe
''~ avance dans le sens des fL~ches par la ro~ation des vis filetées
,: ,. .
, - 20
., ,
,.
~:)721 31~ ~
23 en direction du mandrin 1 sur les extrémités desquels s~enrou-
lent les rubans 27~ Des moyens de sectionnement 29 de l'enveloppe
3c peuvent n'être prévus qu'~ une des extrémités du mandrin 1,
dans la mesure où l'on veut trancher les fibres au momen~ de
l'enroulement de l'enveloppe 3c autour du mandrin 1. Dans le
cas de la figure 8 on peut considérer que l'on a~proche du
moment où le nombre de fibres autour du mandrin 1 est suffisant.
L'appareillage de la figure 8 comprend deux rampes 24, sensible-
ment dans le plan passant par les axes des vis filetées 23~
Cependant cet appareillage peut ne comporter qu'une rampe 24.
L'appareillage selon la figure 8 peut en outre comporter des
rampes 24 de surlongueur de chaque côté du plan passant par
l'axe des vis filetées 24. En ce qui concerne les rubans 27,
ils peuvent se trouver à l'intérieur de l'enveloppe polygonale
3c, mais il~ peuvent être éventuellement à l'extérieur de cette
enveloppe.
En ce qui concerhe les apE)areils à fibres creuses
selon la présente invention, il doit être mentionné que le
terme "tronconique" utilisé pour définir le mandrin et la paroi
'20 interne du carter doit être entendu au sens le plus large et
'~ il faut comprendre que le mandrin et la paroi interne du carter
sont d''allure générale tronconique, étant admis que par conicité
on ènglobe toute surface engendrée par une ligne mobile, non
nécessair~ment rigoureusement droite, passant par un poin~ fixe '; ~-
:: -
e~ s~appuyant sur une courbe fermée. Ainsi cette ligne, qui '~
correspond au profil longitudinal de la partie tronconique du
mandrin et ~ la paroi interne du carter, peut p r exemple etre '
' une faible courbe, et être légèrement et régulièrement brisée
ou ondulée~ Ce mode de réali~ation avec une ligne brisée ou ~''
~30 ondulée peut être recherché pour améliorer le~ turbulences~du ~ ~
,. .
' fluide circulant'à ltextérieur des fibres. '
, . . ..::
- 21 -'
