Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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BOBINOIR A COURSES DECOUPLEES POUR FIBRES THERMOPLASTIQUES
La présente invention est relative à un dispositif permettant d'assurer
l'étirage et l'enroulement de fils thermoplastiques, notamment de verre.
On rappelle que la fabrication de fils de verre de renforcement résulte
d'un processus industriel complexe qui consiste à obtenir des fils à partir de
filets de verre fondu s'écoulant au travers des orifices de filières. Ces
filets sont
étirés sous forme de filaments continus, puis ces filaments sont rassemblés en
fils de base, lesquels fils sont ensuite collectés sous forme d'enroulements.
Au sens de l'invention, les enroulements se présentent sous forme de
bobines, ou plus précisément encore sous forme de « gâteaux », ces gâteaux
étant destinés plus particulièrement pour des applications relevant du
renforcement.
La mise sous forme de gâteau est réalisée à l'aide de bobinoirs, qui
comme leur nom l'indique, sont chargés d'enrouler à très haute vitesse
(environ
10 à 50 mètres par seconde) les fils de verre qui ont été préalablement
ensimés.
Ces bobinoirs assurent l'étirage et l'enroulement de ces filaments et les
paramètres de fonctionnement de ces bobinoirs conditionnent avec ceux de la
filière les caractéristiques dimensionnelles du fil, notamment le titre
exprimé en
tex (le tex étant le poids en grammes de 1000 mètres de fibres ou fils).
Ainsi, pour garantir un titre constant du fil durant toute la phase
d'élaboration du gâteau malgré l'augmentation de son diamètre, la vitesse de
l'organe d'enroulement du bobinoir est asservie de manière à assurer une
vitesse linéaire d'enroulement du fil constante bien que sa vitesse angulaire
varie, cet asservissement de vitesse étant réalisé en faisant diminuer la
vitesse
de rotation. de la broche qui supporte le gâteau en fonction de l'augmentation
de
son diamètre.
Un autre paramètre important qui conditionne l'obtention d'un gâteau de
qualité optimale consiste dans son aptitude à être facilement déroulé, sans
présence de boucles, de noeuds parasites, avec limitation des frottements.
Cette aptitude au déroulement est déterminée par la nature de la loi de
construction (qui détermine le grossissement du gâteau) qui a été générée par
le bobinoir au cours de la formation du gâteau. Cette loi de construction
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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intègre de nombreux paramètres, dont l'un des plus importants est constitué
par le rapport de croisure, souvent appelé RC et le titre du fil.
Pour imprimer un rapport de croisure donné à un gâteau, les bobinoirs
de l'art antérieur génèrent une cinématique ou une course particulière au fil
à partir de la combinaison de deux mouvements : un premier mouvement qui
imprime une course primaire au fil et un second mouvement qui imprime une
course secondaire au fil, les premier et second mouvements sont
généralement appliqués par un unique organe à mouvement combiné qui est
plus généralement connu sous le nom de dispositif d'encroisure.
A toutes fins utiles, on donne ci-après la définition du rapport de
croisure (RC):
(RC)= Vitesse de rotation de la broche qui supporte et entraine le
gâteau/ Vitesse de rotation du dispositif d'encroisure.
Ces bobinoirs connus sont essentiellement constitués d'un châssis
,généralement positionné en dessous d'une filière, ce châssis supportant le
dispositif d'encroisure et au moins une broche mobile en rotation, cette
broche étant adaptée d'une part, pour générer le gâteau et d'autre part,
pour supporter ce dernier.
Classiquement un dispositif d'encroisure comporte un organe conformé
en hélice, cette hélice mobile en rotation autour d'un axe permet de
positionner le fil sur la broche en rotation, le mouvement imprimé par
l'hélice
consistant essentiellement en un mouvement d'oscillations ou de battements
uniquement sur une portion de longueur du gâteau, ce mouvement
constituant la course primaire.
Pour obtenir la capacité totale d'enroulement, il est nécessaire que
l'hélice ou tout autre dispositif équivalent tel que notamment un curseur
mobile linéairement au sein d'une gorge, puisse décrire tout ou partie de la
longueur du gâteau. A cette fin, dans les bobinoirs connus, l'hélice est
montée mobile selon un mouvement relativement lent de va et vient en
translation sur un arbre solidaire du châssis et parallèle à l'axe de la
broche,
ce deuxième mouvement de translation imprimant la course secondaire au fit
et lui permettant ainsi de couvrir tout ou partie de la longueur du gâteau.
On comprend que pour décrire la totalité de la longueur du gâteau, le
fil se déplace, à partir d'un point sensiblement immobile globalement situé en
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aval de la filière, dans un cône dont L'ouverture embrasse sensiblement la
longueur totale du gâteau.
Pour des gâteaux de dimension et poids classiques, ces bobinoirs à
courses primaire et secondaire combinées sur un même axe donnent entière
satisfaction.
Or, afin d'anticiper les exigences en matière d'augmentation du débit
des filières (exprimé généralement en kg/jour), qui se traduisent
naturellement par une augmentation de la dimension et du poids des gâteaux,
cette cinématique conditionnant le bobinage correct de l'enroulement (et
surtout le débobinage optimal par la suite) n'est pas utilisable.
En raison de l'augmentation du débit des filières, on a été amené à
concevoir et développer des filières comportant un nombre important de
trous (typiquement plusieurs milliers). L'utilisation de ces filières
nécessite de
partager la filière en plusieurs nappes de filaments et d'associer plusieurs
nappes (au moins deux) sur un même axe de broche d'un bobinoir, de manière
à réaliser ainsi l'étirage et l'enroulement de plusieurs gâteaux
simultanément.
La formation de plusieurs gâteaux sur un même axe de broche à partir
d'une pluralité de dispositifs d'encroisure à mouvements combinés impose
aux filaments issus d'une même nappe réunis au sein d'un même fil des
contraintes qui limitent les possibilités d'enroulement des bobinoirs actuels.
Ainsi, au titre des contraintes, on peut noter que l'utilisation d'un
dispositif d'encroisure traditionnel (qui dispose d'un mouvement combiné, à
savoir à la fois une rotation à vitesse élevée et une translation linéaire à
vitesse plus lente) conduit à des variations sensibles au niveau du trajet du
fil
entre le point de sortie de filière et le point d'application du fil sur le
gâteau,
ces variations se traduisant au niveau des fils par des « inéquilongueurs ».
Du
fait de ces différences de longueurs, il existe un risque de création de
boucles
de fils nuisibles au déroulement, ces différences pouvant en outre être
préjudiciables au processus en amont du bobinoir.
La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients en
proposant un dispositif d'enroulement ou bobinoir qui minimise les
différences de longueurs et de tensions, et ce quelle que soit la capacité
d'enroulement du bobinoir.
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A cet effet, le bobinoir essentiellement constitué d'un châssis, ce
châssis comportant au moins deux broches fixées à un barillet, lesdites
broches étant d'une part, adaptées pour supporter au moins un gâteau, et
d'autre part, mobiles en rotation autour d'un premier axe sensiblement
perpendiculaire au diamètre du gâteau, et au moins un dispositif de
positionnement et de guidage adapté pour positionner et guider au moins un
fil sur les broches en rotation, ledit barillet étant monté mobile en rotation
par rapport au châssis selon un troisième axe de rotation sensiblement
parallèle au premier axe, caractérisé en ce que les broches sont montées
mobiles linéairement suivant le premier axe de rotation ou en ce que le
châssis coopère avec le barillet â l'aide a'un a~sposiz~r aonaexa~wn
permettant de contrôler la position dudit barillet par rapport audit châssis.
Grâce à ces dispositions et notamment au découplage des mouvements
entre la course primaire du dispositif de positionnement et de guidage du fil
et la course secondaire de ta broche, il est possible d'obtenir des gâteaux
présentant une aptitude optimale à l'enroulement et au déroulement des fils
de verre.
Cette aptitude à l'enroulement et au déroulement des fils est optimale
en contrôlant continûment la position et/ou la vitesse angulaire du barillet
qui supporte les broches, ce contrôle pouvant s'effectuer indifféremment
selon qu'il y a ou non découplage entre les mouvements de la course primaire
du dispositif de positionnement et de guidage du fil et les mouvements de ta
course secondaire de la broche.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut
éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions
suivantes
- le dispositif de positionnement et de guidage est essentiellement
constitué par au moins une hélice montée mobile en rotation autour
du deuxième axe,
- le dispositif de positionnement et de guidage est essentiellement
constitué par au moins une roue pourvue d'au moins une gorge,
cette gorge étant adaptée pour positionner et guider au moins un
fil, ladite roue étant mobile en rotation autour d'un deuxième axe
sensiblement parallèle au premier axe,
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- le dispositif de positionnement et de guidage est essentiellement
constitué par au moins un curseur, ledit curseur étant adapté pour
positionner et guider au moins un fil et se déplacer linéairement
suivant un deuxième axe sensiblement parallèle au premier axe,
5 - le dispositif d'indexation est adapté pour modifier continûment la
position angulaire du barillet par rapport au châssis, en fonction de
la variation du diamètre externe du gâteau de manière à contrôler
en permanence le trajet du fil entre son point de sortie du dispositif
de positionnement et de guidage et son point de contact en
périphérie du gâteau,
- la broche est mue en rotation par l'intermédiaire d'une chaîne
cinématique comportant un moteur intégré dans ladite broche,
- te bobinoir comporte un dispositif d'entraînement du fil ou tire-fil
constitué essentiellement par aux moins deux galets motorisés, le
dispositif d'étirage étant fixé au châssis dudit bobinoir,
- le bobinoir comporte un éjecteur droit adapté pour positionner les
fils en extrémité de ta broche,
- te bobinoir comporte un dispositif d'escamotage des fils adapté pour
saisir et déplacer les fils entre une première position dans laquelle
les fils sont en prise avec le dispositif de positionnement et de
guidage des fils et une deuxième position dans laquelle les fils sont
escamotés dudit dispositif de positionnement et de guidage,
- la broche et son moteur d'entraînement sont solidaires d'un
actionneur linéaire, ledit actionneur étant adapté pour assurer le
mouvement de va et vient de ladite broche,
- le bobinoir comporte un dispositif de contrôle et de commande
permettant d'assurer notamment une régulation de vitesse et/ou de
position entre le mouvement de course primaire du dispositif de
positionnement et de guidage et le mouvement de course
secondaire de l'une au moins des broches.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au
cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à
titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins
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- Les figures 1 a et 1 b sont respectivement des vues schématiques de
face et de côté d'un bobinoir selon l'invention,
- La figure 2 est une vue de face du bobinoir en état d'attente
- Les figures 3a et 3b sont des vues de face du bobinoir dans un état
de relance,
- La figure 4 est une vue de face du bobinoir dans un état de
bobinage.
Selon un mode préféré de réalisation d'un bobinoir 1 selon
l'invention illustré en figures 1 a et 1 b, celui-ci comporte un châssi 2
métallique obtenu par une technique de mécano -soudage d'éléments
métalliques préalablement usinés ou disponibles en standard dans le
commerce. Ce châssis 2 comporte essentiellement une embase 3 sensiblement
rectangulaire reposant sur des pieds judicieusement placés de manière à
correspondre au gabarit ou à l'écartement des fourches d'un transpalette ou
d'un dispositif de manutention analogue afin de faciliter l'implantation de ce
bobinoir dans une position de fibrage.
Sur cette embase est assemblée une structure fermée 4 en partie
tapotée qui est destinée à recevoir tous les composants nécessaires au
fonctionnement du bobinoir 1. A ce titre, et de manière non limitative, cette
structure fermée conformée en armoire est pourvue des dispositifs de
contrôle et de commande nécessaires aux diverses régulations des différents
organes qui seront décrits plus loin dans la présente description, de réseaux,
hydrauliques, électriques, d'air comprimé, et d'autres fluides nécessaires au
fonctionnement desdits organes
Sur la structure fermée 4 coopère un barillet 5 qui fait saillie
latéralement. Ce barillet 5 est monté mobile en rotation autour d'un axe de
rotation (appelé troisième axe de rotation) et est maintenu au sein d'une des
parois de la structure fermée par l'intermédiaire d'une pluralité d'organes de
guidage (couronne à billes, glissière à billes par exemple). On prévoit par
ailleurs de motoriser ce barillet 5 afin qu'il puisse décrire et indexer une
pluralité de positions angulaires par rapport au châssis 2, au cours du
bobinage des gâteaux.
En effet ce barillet 5 constitue un ensemble support de broches. Sur les
figures 1 a et 1 b, on remarque que le barillet 5 dispose de deux broches 6,
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selon des positions diamétralement opposées (on pourrait concevoir un
barillet comportant au moins trois, quatre broches, voire plus, suivant
l'encombrement dont on dispose et les capacités de la filière positionnée en
amont). Au sein du bobinoir, le barillet 5 permet d'amener une broche
préalablement déchargée et munie d'au moins une manchette vierge (au sens
de l'invention, une manchette est un support en matière plastique ou en
carton qui est destinée à recevoir l'enroulement de fils ou le gâteau) en
position de bobinage et une autre broche disposant de ses manchettes pleines
en position de déchargement par des rotations de 180° (si le barillet
comporte deux broches, comme cela apparaît au niveau des exemples).
Grâce à la motorisation du barillet 5 et à une régulation de sa position
et/ou de sa vitesse angulaires, par l'intermédiaire par exemple d'un
asservissement du nombre de tours du moto-réducteur chargé d'entraîner le
barillet, ce moto-réducteur étant en prise par exemple avec le barillet 5 au
niveau de son arbre moteur par une liaison du type engrenage, il devient
possible de positionner la broche active sensiblement au voisinage du fit et
qu'elle recule ou s'écarte de sa position angulaire d'origine durant le
grossissement du gâteau de manière à conserver une géométrie contrôlée.
Chacune des broches 6, 7 solidaires du barillet 5 constitue un ensemble
tournant adapté pour bobiner le fit sur une manchette préalablement
introduite sur le fourreau ou-le nez de broche. Ce bobinage s'effectue selon
un premier axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe de rotation du
barillet 5 par rapport à la structure du bâti 2. Outre un mouvement de
rotation provoqué par un moteur à rotor intégré dans la broche autour ce
premier axe, la broche est adaptée pour pouvoir réaliser une course de va et
vient parallèlement au premier axe de rotation. Ce mouvement de va et vient
est provoqué par un actionneur motorisé à mouvement linéaire (vis à billes
par exemple) solidaire d'une part, du barillet ou du châssis et d'autre part,
du corps de la broche.
Sur les figures 1 a et 1 b, il apparaît un autre élément qui est essentiel
pour la réalisation d'un gâteau. Il s'agit du dispositif 8 de positionnement
et
de guidage du fit sur ta broche 6 ou 7. Dans cet exempte, il s'agit d'une
hélice. Cette hélice est mue en rotation par un organe moteur, autour d'un
arbre coaxial à un deuxième axe sensiblement parallèle à ceux précédemment
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mentionnés. La vitesse de rotation de l'organe d'entrainement de l'hélice est
régulée en fonction de la loi de construction du gâteau, et on prévoit que ces
dispositifs de contrôle et de commande soient intégrés au sein de la structure
2 formant bâti.
Bien entendu, si l'on veut réaliser plusieurs gâteaux simultanément sur
la même broche 6 ou 7, on adaptera le nombre d'hélices 8 en conséquence,
et l'arbre support d'hélice comportera un train d'hélices, dont le nombre sera
égal au nombre de gâteaux que l'on désire.
Le mouvement de rotation de l'hélice se traduit au niveau du fil par un
mouvement d'oscillations ou de battements dont l'amplitude et la fréquence
sont réglables en fonction des valeurs du rapport de croisure souhaité. La
fréquence est déterminée en fonction de la vitesse de rotation et l'amplitude
est fonction de la géométrie de l' hélice.
D'autres dispositifs non représentés sur les figures peuvent être
envisagés en substitution à l'hélice. Il peut s'agir d'une roue pourvue d'au
moins une gorge, cette gorge étant adaptée pour positionner et guider au
moins un fil, ladite roue étant mobile en rotation autour d'un deuxième axe
sensiblement parallèle au premier axe.
Il peut s'agir également d'un curseur, ledit curseur étant adapté pour
positionner et guider au moins un fil et se déplacer linéairement suivant un
deuxième axe sensiblement parallèle au premier axe.
Quel que soit le mode de réalisation du dispositif 8 de positionnement
et de guidage du fil, celui-ci réalise un mouvement dit de course primaire et
fonctionne en régulation de vitesse et éventuellement de position avec le va
et vient de la broche 6 ou 7 qui constitue le mouvement dit de course
secondaire.
Selon un avantage de l'invention, les courses primaire et secondaire du
bobinoir 1 sont découplées. Il est possible d'obtenir une targe gamme de lois
de construction et de rapports de croisure, permettant ainsi de fabriquer des
gâteaux de masse importante (entre 25 et 50 kg, voire plus), de construction
très précise, qui favorise le déroulement.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible
d'obtenir des géométries particulières en combinant de manière simultanée
et/ou successive les mouvements, découplés ou non, des courses primaire et
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secondaire, avec un mouvement contrôlé en position angulaire et/ou en
vitesse du barillet qui supporte les broches.
Il est possible de réaliser sur le bobinoir objet de l'invention, un gâteau
qui a été obtenu à partir d'un unique mouvement de course secondaire pour
la totalité de la durée de l'enroulement.
D'autres sous-ensembles nécessaires au fonctionnement du bobinoir 1
sont intégrés au sein du châssis 2. Ainsi, au niveau de l'embase 3 du châssis
test positionné un tire-fil 9. Un tire-fil 9 est un ensemble d'entraînement du
fil qui est utilisé lors de la relance, la relance étant une phase transitoire
préalable à une phase de bobinage. A cette fin, le fil est étiré par un train
de
galets motorisés, à parois lisses ou à reliefs (les fils sont amenés à des
conditions de fonctionnement compatibles avec la prise des fils dans te nez de
broche lors du démarrage de la phase de bobinage).
Le bobinoir comporte au moins un éjecteur rotatif 10 et au moins un
éjecteur droit 11, ceux-ci font saillie latéralement par rapport à la
structure
fermée 2 et à l'aplomb du barillet 5.
L'éjecteur rotatif 10 ou le dispositif d'escamotage est constitué par un
bras articulé à l'une de ses extrémités au niveau de la structure fermée du
bâti 2, son extrémité libre est adaptée pour saisir et déplacer les fils entre
une première position dans laquelle les fils sont en prise avec le dispositif
de
positionnement et de guidage du fil 8 (l'hélice par exempte) et une deuxième
position dans laquelle les fils sont escamotés par rapport audit dispositif de
positionnement et de guidage 8. Le mouvement angulaire de l'éjecteur rotatif
10 est réalisé lors du changement de broche 6 ou 7 (pivotement de 180°
du
barillet 5).
L'éjecteur droit 11 est comme son nom l'indique un bras sensiblement
rectiligne. Faisant saillie latéralement comme l'éjecteur rotatif 10 par
rapport à une paroi latérale de la structure fermée du bâti 2, il peut occuper
deux positions : une position de repos dans laquelle il est en retrait du
trajet
du fil, et une position de travail dans laquelle il maintient le fil au-dessus
du
nez de broche 6 ou 7 lors de la relance. Cette position de travail est
également occupée lors d'une opération de transfert (rotation du barillet, et
passage d'une broche avec des gâteaux enroulés, à une broche avec des
manchettes vides).
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Au voisinage du dispositif de positionnement et de guidage du fil 8
(hélice par exemple) est positionné un organe de nettoyage (non visible sur
les figures) dudit dispositif de positionnement par aspersion d'un fluide sous
pression.
5 Les figures 2, 3a, 3b, 4 illustrent tes différents états que peut occuper
le bobinoir.
En figure 2, le bobinoir 1 est en état d'attente. Les fils descendent du
fond de filière et tombent verticalement dans un bac de rebuts. Ces fils
échappent au bobinoir en passant au droit des broches 6 ou 7.
10 En figures 3a et 3b, le bobinoir 1 est en état de relance. Chacune des
broches 6 ou 7 est pourvue de manchettes vierges (en général deux ou trois
juxtaposées). L'opérateur saisit les fils qui débouchent du fond de filière et
les dirige vers le tire-fil 9. Les galets d'entraînement du tire-fil 9
agrippent
les fils et étirent les fils jusqu'à amener ces derniers jusqu'à des
conditions
propices au démarrage (figure 3a)
L'éjecteur droit 11 est en position de travail afin de permettre
l'engagement des fils au sein de crochets ou similaires présents en extrémité
et en périphérie du nez de broche 6 ou 7.
Le moteur de mise en rotation de ta broche 6 ou 7 qui est pourvue des
manchettes est démarré et le dispositif de contrôle et de commande des
courses primaire et secondaire, et de la position du barillet, est initialisé
(réalisation de la loi de construction).
A ce stade, l'éjecteur droit 11 est remis en position de repos et les fils
se positionnent directement sur les manchettes (se reporter en figure 3b)
La figure 4 illustre l'état de bobinage. La broche a atteint sa vitesse
initiale de bobinage. L'éjecteur droit 11 est en position rentrée (état de
repos) et l'éjecteur rotatif 10 effectue un mouvement angulaire de manière à
amener les fils au contact du dispositif de positionnement et de guidage 8 des
fils (hélice par exemple) de manière à ce qu'il puisse générer sa course
primaire.
Au fur et à mesure du bobinage (de l'accroissement de l'épaisseur de
fils au niveau des gâteaux), te barillet 5 effectue une correction angulaire
par
rotation et indexation de sa position angulaire autour de son axe de manière à
éloigner la broche « active » - celle où s'effectue le bobinage du dispositif -
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de la périphérie du dispositif de positionnement et de guidage du fil, de
manière à conserver une géométrie contrôlée.
Le bobinage est actif, les mouvements de course primaire et course
secondaire, ainsi que le contrôle de la position et/ou de la vitesse angulaire
du barillet, sont pilotés par le dispositif de contrôle et de commande afin de
se conformer à la loi de construction. Ceci est rendu possible par
l'utilisation
d'une technologie numérique qui permet d'asservir en position et/en vitesse
l'ensemble des actionneurs.
