Brevet FR2006287A1 — publié le 19691226

La présente invention concerne un appareil réglant la tension mécanique dans une matière flexible de forme allongée, au fur et à mesure qu'elle est dévidée d'un tambour débiteur freiné ou envidée sur un cabestan freiné, en faisant varier le couple 5 de freinage appliqué au tambour ou au cabestan. La présente invention est spécialement, mais non exclusivement, applicable aux têtes de guipage destinées à appliquer une matière flexible, par exemple un ruban, sous forme d'un guipage hélicoïdal à une âme de forme allongée passant axialement à travers la tête 10 de guipage ; dans une telle tête de guipage, le tambour débiteur, ou chaque tambour débiteur, peut tourner d'un seul bloc autour de l'âme qui avance longitudinalement, ou bien il peut être monté concentriquement à l'âme de manière à tourner autour de l'axe de 1'âme. 15 la présente invention a pour objet un appareil de réglage de tension mécanique qui convient poux être monté sur une tête de guipage par le fait que sa sensibilité ne se trouve pas influencée de façon anormale par la vitesse de rotation de la tête. Dans l'appareil conforme à la présente invention, on 20 utilise un frein agissant par frottement pour freiner le tambour ou le cabestan précités j le frein est actionné électromagnétique-ment et la totalité de l'energie électrique faisant ibncbionner le frein est fournie par un amplificateur de courant continu à gain elevé comportant, dans son circuit d'entrée, une impédance 25 variable dont la valeur varie suivant la position d'un dispositif qui détecte une tension mécanique et qui se déplace en fonction des variations de tension mécanique dans la matière flexible, à 1'encontre d'une force de sollicitation sensiblement constante. Le fait que le frein est actionné par voie électromagnétique offre 30 l'alternative soit d'utiliser une force créée par voie électromagnétique par le courant de sortie de l'amplificateur comme force de freinage soit d'utiliser une force de freinage constante à laquelle s'oppose la force variable créée par voie électromagnétique par le courant de sortie de l'amplificateur. Il est essentiel que 35 le dispositif soit stabilisé par.modification du signal de position représenté par la valeur de l'impédance variable présente dans le circuit d'entrée de l'amplificateur, comme il est courant dans les servo-mécanismes à contre-action, cela par des fonctions d'un premier ordre d'un ordre supérieur de cette valeur, de manière à 40 empêcher des à-coups. Pour des raisons de simplicité et de rende 11663 2 2006287 ment, la demanderesse préfère effectuer cette stabilisation au moyen d'un circuit de stabilisation à résistances et à capacité placé dans l'entrée de l'amplificateur. La possibilité d'utiliser une variante de réalisation de ce système de stabilisation, par 5 exemple l'utilisation d'une ou de plusieurs dynamos tachymétriques pour produire des signaux du premier et du second ordre (vitesse et accélération) n'est toutefois pas entièrement exclue» La demanderesse préfère utiliser un amplificateur transistorisé à étages multiples comportant un circuit général de 10 contre-réaction reliant directement sa sortie à son entrée. Le dispositif qui détecte une tension mécanique comprend, de préférence, un galet tendeur soumis à une force de sollicitation et sur lequel passe la matière flexible ; des exemples appropriés d'un tel dispositif destiné à être utilisé conformément à la pré-15 sente invention sont décrits dans le brevet britannique n° 1 368 367. A la place des agencements de sollicitation à ressort décrits dans le brevet précité, on peut utiliser des agencements de sollicitation pneumatiques ; dans ce dernier cas, quand il faut régler simultanément la tension mécanique dans plusieurs organes 20 flexibles, on peut raccorder à un réservoir commun des dispositifs de sollicitation pneumatiques individuels pour chaque bras tendeur et on peut régler simultanément la tension désirée dans tous les organes flexibles en réglant la pression de gaz régnant dans le réservoir. 25 Quand on utilise l'appareil pour régler la tension méca nique dans une matière flexible appliquée hélicoïdalement par une tête de guipage à une âme de forme allongée se déplaçant par rapport à la tête le. long de son axe de rotation, le galet tendeur est, de préférence, monté sur un bras articulé qui se trouve dans 30 un plan radial passant par cet axe, l'axe d'articulation ou pivot étant perpendiculaire au plan, et une boucle de matière flexible passe sur le galet dans line direction telle que le bras se trouve sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'âme quand la tension se trouve à sa valeur optimale. Le bras est, de préférence, ar-35 ticulé à un endroit situé entre ses extrémités, et il supporte un contrepoids à une de ses extrémités et le galet tendeur à son autre extrémité. L'agencement peut être similaire à celui représenté sur les fig. 11 à 15 du brevet précité, le moteur réversible étant remplacé par frein à friction et l'amplificateur de 40 sortie double à gain élevé étant remplacé par un amplificateur 9 11663 3 2006287 de sortie unique à gpLn élevé. l'expression "amplificateur à gain élevé", telle qu'elle est utilisée dans le présent exposé, signifie un amplificateur ayant une soitie d'énergie suffisante pour fournir la totalité du 5 courant nécessaire pour actionner le frein tout en ayant une entrée de courant faible qui peut être réglée au moyen d'un simple potentiomètre ou d'une autre impédance variable, c'est-à-dire un potentiomètre qui peut être actionné dans la gamme désirée sous l'action d'une force très faible qui y est exercée du f ait des 10 variations de la tension mécanique dans la matière fLexible. le gain en puissance de l'amplificateur n'est normalementpas infé- a 5 rieur à 10 mais il est, de préférence, supérieur à 10 . l'amplificateur est, de préférence, un amplificateur à transistors comprenant un certain nombre d'étages transistorisés successifs mon-15 tés en cascade* On va maintenant décrire de façon plus complète la présente invention, à titre purement illustratif, en se référant au dessin annexé sur lequel : la fig. 1 est un schéma de circuit d'un mode de réali-20 sation préféré de l'amplificateur ; la fig. 2 montre une tête de guipage utilisant une bande de papier ; les fig. 3 et 4 montrent l'appareil servant à régler la tension mécanique dans des fils métalliques dévidés de tourets. 25 Si l'on se réfère à la fig. 1, on voit que l'impédance variable couplée au dispositif de détection de tension mécanique est un potentiomètre P branché aux bornes d'une alimentation de 24 volts en courant continu prélevée à partir d'une alimentation de 35 volts en courant continu appliquée aux bornes référencées 30 + et - . le curseur du potentiomètre P, qui peut par exemple être monté sur un bras tendeur supportant un galet tendeur sur lequel passe la matière flexible, est relié, par l'intermédiaire d'un circuit à résistance R1, R2 et à capacité G1, au premier transistor 11 de l'amplificateur, l'entrée du transistor 11 est proté-35 gée par une diode D1 et le transistor est stabilisé en température par une résistance K3 et une diode D2» les étages transistorisés successifs de l'amplificateur sont 12, T3 et Ï4, les résistances R4 et R5 étant des résistances de limitation de courant, le transistor de sortie T4 est monté sur un éliminateur de chaleur. Un 40 enroulement ¥ d'un frein électromagnétique réglant la tension mé— : canique dans la matière flexible est branché aux bornes d'une diode D3 qui agit comme une diode de court-circuitags pour empâ-aller que des surtensions se produisent quand on eoupe le courant traversant 1 * enroulement «, Les alimentations fournissant les t@n-5 sions plus faibles destinées aux transistors et au potentiomètre P sont prélevées depuis la seule alimentation de 35 volts jusqu'à l'amplificateur par l'intermédiaire de diodes Zener Z1, Z2 et Z3 et de résistances R7 et R8, L'amplificateur est stabilisé par un circuit général de 10 contre- réaction, la tension de contre-réaction étant prélevée à partir d'une résistance R9 qui limite le courant dans le transistor Ï4-. Ce circuit de contre-réaction comprend un transistor T5» qui est monté en émetteur commun et comporte une résistance de charge de collecteur E10, la résistance d'émetteur étant âl1. La contre-15 réaction provient de la résistance de charge par l'intermédiaire d'une résistance R12 et le transistor Ï5 est polarisé par une diode D4 et une résistance R6, de manière à fonctionner sur une partie linéaire de sa caractéristiqueo L'amplificateur est découplé par un condensateur 02 pour éviter une oscillation, 20 L'amplificateur est conçu de manière à cesser de fonc tionner quand son entrée est inférieure à 12 volts et de manière à posséder une caractéristique de sortie linéaire lorsque l'entrée en provenance du potentiomètre P s'élève de 12 volts jusqu'à 24 volts. On comprendra que la caractéristique du circuit s'étendant 25 à partir du potentiomètre P jusqu'à l'enroulement ¥ se trouvera modifiée, en présence de conditions de fonctionnement dynamiques, par le circuit d'entrée à résistances R1, 22 et à capacité C1• La fig. 2 montre une tête de guipage munie de l'appareil de réglage de tension mécanique conforme à la présente invention. 30 Le rotor porte un certain nombre de supports de tambours 2 associés chacun à un dispositif 3 de contrôle ou de surveillance de tension mécanique. Oe dernier comprend des rouleaux ou galets de guidage fixes et un rouleau ou galet tendeur 5, le trajet du papier 6 étant visible sur le dessin. Le rouleau tendeur 5 est monté sur 35 un bras 7 articulé en 8 et sollicité par un ressort 9 relié à l'un de plusieiirs axes possibles 10 de manière à appliquer une force sensiblement constante et choisie au préalable. Le bras 7 supporte un curseur 11 se déplaçant sur une résistance 12, ces éléments constituant le potentiomètre P de la fig. 1. La bobine de sortie W 40 constitue la bobine de fonctionnement d'un frein électromagnétique 69 11663 5 20Ô6287 à friction 13 qui est relié à la broche 14 du support de tambour. En supposant que le curseur du potentiomètre se déplace depuis une position de sortie nulle du potentiomètre P jusqu'à sa sortie maximale de 24 volts pendant qu'un bras supportant le galet 5 de détection tourne d'un angle de 50°, il s'ensuit que pour les premiers 25° de ce mouvement, l'amplificateur ne fonctionne pas, que pour les 10° suivants, la sortie (mesurée dans les conditions de fonctionnement "statique") s'élève de 0 jusqu'à la valeur nécessaire pour exercer la force de freinage maximale et, que pen-10 dant les 15° restants du mouvement, la sortie se maintient à un niveau supérieur à cette valeur, de sorte que la force de freinage se trouve maintenue à son amximum. Comme déjà indiqué, lorsque le bras a tourné, sous l'action de l'augmentation de la tension mécanique dans la matière 15 flexible, sur la moitié, (c'est-à-dire 25°.) de son déplacement angulaire normal, à 1'encontre d'une force de sollicitation constante, il se trouve, de préférence, sensiblement perpendiculaire à l'axe d'une âme autour de laquelle la matière flexible est appliquée hélicoïdalement sous une tension mécanique réglée par une 20 tête de guipage comprenant l'appareil de réglage de tension mécanique conforme à la présente invention. Bien que le bras puisse se déplacer librement sur cette gamme complète de 50° de manière à absorber les fluctuations transitoires de vitesse, son déplacement est normalement réduit à 25 quelques degrés autour de sa position médiane, grâce à quoi la force de freinage passe d'une valeur nulle à la force de freinage maximale nécessaire pour maintenir la tension mécanique désirée dans la matière flexible. Les fig. 3 et 4 montrent l'invention appliquée au réglage 30 de la tension mécanique d'une multiplicité de fils métalliques dont chacun est dévidé à partir d'un tambour 15. Chaque tanbour est muni d'un dispositif de surveillance de tension mécanique 16 qui comprend des poulies de guidage 17 et une poulie tendeuse 18 montée sur un bras 19 qui est articulé en 20 et qui fait fonctionner 35 le potentiomètre de détection P. Dans cet appareil, la force de sollicitation appliquée au bras est obtenue par voie pneumatique en utilisant un dispositif 20, à piston et à cylindre, qui applique une poussée à un élément de portée 21 monté sur le bras 19. La structure d'un mode de réalisation préféré du dispositif à piston 40 et à cylindre est représenté sur la fig. 4. Le piston 22 est monté 69 11663 6 2006287 de façon étanche dans le cylindre 23 au moyen d'une membrane 24, en tissu enduit, et la tige de piston est munie d'un chapea» 25 en métal dur. De l'air comprimé est envoyé au cylindre depuis un réservoir 26 (fig. 3) à partir duquel des conduits d'alimentation 5 27 s'étendent jusqu'aux dispositifs de surveillance destinés à d'autres fils métalliques. Grâce à cet agencement, on peut régler simultanément la force de sollicitation destinée à tous les fils métalliques en faisant varier la pression du réservoir. Dans l'appareil de la fig. 3, le frein électromagnétique 28 est monté 10 directement sur l'arbre 29 supportant le tambour garni de fil métallique. Pour les deux applications décrites, la demanderesse préfère utiliser un frein électromagnétique du genre vendu par Westool Limited sous la désignation de "Warner KF BrakeM. Ce 15 frein comprend une bobine d'actionnement montée, concentriquement à l'arbre sur lequel agit le frein, à l'intérieur d'une pièce polaire en acier ayant la forme d'un profilé annulaire et comportant une extrémité ouverte se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre, cette extrémité étant fermée par une bague en 20 matière de friction. La bague de friction assure un contact avec une armature annulaire capable de coulisser axialement de manière à se rapprocher et à s'éloigner de la bague de friction sur un moyeu, fixé à l'arbre, avec lequel l'armature est accouplée au moyen de cannelures. L'armature est amenée, par traction, en con-25 tact avec la bague de friction par la force magnétique créée dans la pièce polaire lors de la mise sous tension de la bobine et elle porte à la fois contre la bague de friction et contre les bords de l'extrémité ouverte de la pièce polaire annulaire en acier. Ces bords sont conçus de manière à s'user à la/^f^isse que la matière 30 de friction, ce qui fait que le circuit magnétique est toujours fermé lorsque l'armature se trouve en contact étroit avec la matière de friction. Au lieu de monter- le frein sur l'arbre (ou de le relier à cet arbre) sur lequel est monté un tambour débiteur ou d'appro-35 visionnement de matière flexible, on peut monter ce frein sur l'arbre d'un cabestan (ou bien l'y relier) sur lequel la matière passe sans glissement notable. Quand l'appareil de réglage de tension mécanique conforme à la présente invention est appliqué à une tête de guipage du genre 40 dans lequel la matière flexible passe depuis un tambour garni de la isatxëre et monté concentriquement à l'âme autour de Usuelle la ïaatière est guipée en hélice, de sorte que l'âne traverse le tambour, le frein peut être constitué par un disqu© de friction monté sur une extrémité du tambour et sur lequel agit un patin de frein actionné par un solénoïde, ce patin pouvant se rapprocher et s'éloigner du disque de friction dans une partie de la tête de guipage qui tourne autour de l'âme à la vitesse de guipage (c'est-à-dire à une vitesse différente de la vitesse de rotation du tam« bour). Il faut que le dispositif de détection de tension mécanique tourne avec la tête de guipage autour de l'âme mais il n'est pas nécessaire que le solénoïde soit supporté par une' partie tournante de la tête ; s'il n'est pas supporté ainsi, il faut que le signal d'entrée de l'amplificateur passe par des bagues collectrices depuis une partie tournante de la tête jusqu'à une partie fixe de cette dernière, la demanderesse préfère, dans ces conditions, utiliser un pré-amplificateur monté sur la partie tournante de la tête, et il peut être nécessaire d'utiliser un second pré-amplificateur monté sur la partie fixe de la tête pour fournir le signal d'entrée à l'amplificateur à gain élevé qui alimente le solénoïde au moyen duquel est actionné le frein. D'autres genres d'impédance variable que l'on peut utiliser à la place du potentiomètre P sont, par exemple, une jauge de contrainte ou une ou plusieurs Gellules photoélectriques, comme il a été décrit dans le brevet déjà cité» 1166 3 8 2006287 REVENDICATIONS 1°) Appareil pour régler la tension mécanique dans une matière flexible de forme allongée au fur et à mesure qu'elle est dévidée d'un tambour débiteur ou envidée sur un cabestan, cet ap-5 pareil comprenant un amplificateur de courant continu à gain élevé comportant» dans ®n circuit d'entrée, une impédance variable dont la valeur varie suivant la position d'un dispositif de détection qui se déplace en fonction des variations de tension mécanique dans la matière flexible, à 1'encontre d'une force de sollicita-10 tion sensiblement constante, un dispositif tendeur réglé par la sortie de l'amplificateur et, enfin, un dispositif pour stabiliser le système de manière à empêcher quil se produise des à-coups, l'appareil susvisé étant caractérisé par le fait que le dispositif tendeur comprend un frein à friction actionné électromagnétique-15 ment et agissant sur le tambour ou le cabestan at que l'amplificateur est capable de fournir la totalité de l'énergie électrique destinée à actionner le frein. 2°) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tambour débiteur est un tambour d'une tête de gui-20 page dans laquelle une matière flexible de forme allongée est appliquée hélicoïdalement à une âme de forme allongée traversant axialement la tête de guipage. 3°) Appareil suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le frein comprend une bobine 25 d1actionnement montée, concentriquement à l'arbre sur lequel agit le frein et qui est constitué par l'arbre du tambour ou du cabestan précités ou qui est relié à cet arbre, à l'intérieur d'une pièce polaire en acier qui a la forme d'un profilé annulaire et qui comporte une extrémité ouverte située dans un plan perpendicu-30 laire à l'axe de l'arbre et fermée par une bague de matière de friction qui assure un contact avec une armature en forme de bague capable de coulisser axialement en s'éloignant et en se rapprochant de la bague de friction sur un moyeu, fixé à l'arbre, avec lequel l'armature est accouplée au moyen de cannelures, l'armature 35 étant amenée par traction en contact avec la bague de friction par la force magnétique créée dans la pièce polaire lors de la mise sous tension de la bobine. 4°) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la matière flexible de forme allongée provient d' 40 un tambour garni de la matière précitée et monté concentriquement 6 9 2006287 à l'âme autour de laquelle la matière est guipée hélicoïdalement et par le fait que le frein à friction actionné par voie électromagnétique est constitué par un disque de friction monté sur une extrémité du tambour et sur lequel agit un patin de frein qui est 5 actionné par un solénoïde et qui peut se rapprocher et s1 éloigner du disque de friction dans une partie de la tête de guipage qui tourne autour de l'arbre à la vitesse de guipage. 5°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de 10 détection comprend un rouleau ou galet tendeur supporté sur un bras articulé auquel la force de sollicitation sensiblement constante est appliquée au moyen d'un ressort. 6°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif de détec-1 5 tion comprend un rouleau ou galet tendeur supporté sur un bras articulé auquel la force de sollicitation sensiblement constante est appliquée par un dispositif pneumatique. 7°) Appareil suivant la revendication 2 ou la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif de détection 20 comprend un rouleau tendeur supporté par un bras articulé auquel la force de sollicitation sensiblement constante e st appliquée au moyen d'un ressort ou d'un dispositif pneumatique et par le fait que le bras articulé se trouve dans un plan radial passant par l'axe de rotation de la tête, l'axe d'articulation o.u pivot étant 25 perpendiculaire à ce plan, et qu'une boucle de matière flexible passe sur le rouleau tendeur dans une direction telle que le bras se trouve sensiblement perpendiculaire audit axe quand la tension mécanique se trouve à sa valeur optimale. 8°) Appareil pour régler la tension mécaxÊ[ue dans plu— 30 sieurs tronçons de matière flexible au fur et à mesure que ces tronçons sont dévidés à partir de tambours débiteurs respectifs ou envidés sur des cabestans respectifs, caractérisé par le fait qu'à chaque tronçon est prévu un appareil de réglage de tension mécanique suivant revendication 6 et par le fait que les dispositifs de 35 sollicitation pneumatiques respectifs sont alimentés à partir d'un réservoir qui est commun à la totalité des dispositifs de détection, grâce à quoi la force de sollicitation appliquée aux dispositifs de détection peut être réglée de façon simultanée. 9°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendiea-40 tions précédentes, caractérisé par le fait que l'amplificateur de 69 11663 10 2006287 courant continu à gain élevé est un amplificateur transistorisé à étages multiples comportant un circuit général de contre-réaction reliant directement sa sortie à son entrée. 10°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendica-5 tions précédentes, caractérisé par le fait que 1*amplificateur possède tin gain en puissance supérieur à 10^. 11°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif destiné à stabiliser le système comprend un circuit à résistances 10 et à capacité placé dans l'entrée de l'amplificateur. 12°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'impédance variable est un potentiomètre. 13°) Appareil suivant n'importe laquelle des revendica-15 tions 9 à 12, caractérisé par le fait que l'amplificateur comporte le circuit représenté sur la fig. 1 du dessin annexé.