Brevet FR2033391A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne un nouveau mandrin en porte à faux destiné à la fabrication d'un tube par le procédé suivant lequel on enroule en hélice une ou plusieurs bandes flexibles sur un mandrin en porte à faux (c'est-à-dire un mandrin qui 5 est supporté à une extrémité dans un élément de montage, mais dont l'autre extrémité est libre) pour produire un tube par enroulement héliccadal et on opère un déplacement axial relatif entre le mandrin et le tube enroulé en hélice obtenu, pour séparer le premier du second. Suivant l'invention, il est prévu un mandrin en porte à 10 faux comprenant une tête qui est disposée près de l'élément de montage et qui .comporte une paroi cylindrique imperméable, une queue qui est coaxiale à la tête se trouve à son extrémité éloignée de l'élément de montage et est de plus petit diamètre que la tête, une partie au moins de la longueur de la queUe étant creuse et compor-15 tant une paroi perméable au gaz et un conduit étant prévu dans la tête pour raccorder la partie creuse de la queue à une alimentation de gaz comprimé. Suivant une autre forme d'exécution^de l'invention, il est prévu une machine servant à fabriquer un tube par le procédé 20 consistant à enrouler une ou plusieurs bandes sur un mandrin en porte à faux, qui comprend en combinaison a) un élément de montage, b) un mandrin en porte à faux supporté par l'élément de montage et comprenant une tête qui est disposée près de l'élément de montage du mandrin et comporte une paroi cylindrique imperméable, une queue qui 25 est coaxiale à la tête , qui se trouve à son extrémité éloignée de l'élément de montage et dont le diamètre est inférieur à celui de la tête, au moins une partie de la longueur de la queue étant creuse et comportant une paroi perméable au gaz, et un conduit prévu dans la tête pour raccorder la partie creuse de la queue à une ali-30 rientation de gaz comprimé, c) un dispositif pour amener au moins une bande flexible sur le mandrin, d) un dispositif pour guider chaque bande à partir de dispositifs d'amenée sur le mandrin à un angle prédéterminé inférieur à 9°° par rapport à son axe longitudinal, e) un dispositif pour faire tourner ou enrouler la ou les 35 bandes autour de l'axe du mandrin afin de former des spires d'enroulement, f) un dispositif synchronisé avec le dispositif de rotation pour faire progresser axialement les spires de l'enroulement sur le mandrin, g) des moyens pour supporter et guider le tube enroulé en hélice et h) un dispositif pour introduire du gaz comprï-1^0 mé dans la partie creuse du mandrin. 70 06665 o 2,33391 En fonctionnement, la bande ou la première bande à amener sur le mandrin et a enrouler autour de celui-ci pour former le tube enroulé en hélice est guidée sur la tête du mandrin et les spires de bande enroulées progressent ensuite le long du mandrin sur la 5 queue de celui-ci où un coussin de gaz sous pression est prévu entre la paroi de la queue et la surface intérieure du tube enroulé en hélice pour faciliter la progression du tube le long du mandrin et au-delà de la queue. La tête est imperméable de manière à constituer une forme précise délimitant le diamètre interne du tube 10 enroulé en hélice et à permettre l'utilisation de bandes de matière sans consistance, telle que du papier dit tissue ou une pellicule de matière plastique très mince qu'il serait difficjle de faire avancer contre la contre-pression d'un gaz comprimé. La queue est d'un plus petit diamètre que la tête de manière à présenter un espace 15 annulaire pour le coussin de gaz. Il est préférable qu'au moins la tête du mandrin puisse tourner autour de son axe longitudinal de manière à réduire la friction entre cette tête et les spires de bande enroulée. Si on le désire, la tête peut être entraînée par moteur. 20 ' Il est préférable également que la tête et la queue aient chacune un diamètre en substance constant, un épaulement réducteur de diamètre étant prévu entre la tête et la queue et servant à déterminer un intervalle annulaire régulier de dimensions appropriées entre la queue et la surface interne du tube en-25 roulé en hélice. Suivant une forme d'exécution de l'invention qui est préférée pour sa simplicité, sa facilité de montage et de démontage et sa souplesse de fonctionnement, le mandrin peut être formé de l'assemblage d'éléments suivants ; (i) un arbre supporté 30 à une extrémité (sa tête) dans un élément de montage, (ii) deux jeux d'éléments cylindriques creux propres à être montés axiale-ment bout à bout sur l'arbre, chaque jeu étant d'un diamètre en substance uniforme et comprenant au moins un élément, les deux jeux étant de diamètre différent, le jeu de plus grand diamètre 35 pouvant être nonté à la tête de l'arbre et comportant des parois cylindriques imperméables et le jeu de petit diamètre étant monté à la queue de l'arbre et comportant des parois cylindriques perméables au gaz, (iii) des moyens-propres à raccorder l'intérieur creux d'au moins un élément du jeu de plus petit diamètre (et de ifO préférence au moins l'élément situé près d'un élément du jeu de 70 06663 3 2Ù33391 plus grand diamètre sur l'arbre) à une alimentation de gaz comprimé et (iv) un dispositif pour faire tourner au moins un et, de préférence, tous les éléments du jeu de grand diamètre autour de l'axe d\i ou des éléments. 5 II va de soi, en ce qui concerne cette forme d'exécution, préférée, qu'en prévoyant un certain nombre de jeux d'éléments cylindriques de diamètre différent montés sur l'arbre, on peut rapidement assembler des mandrins pour fabriquer des tubes enroulés en hélice de n'importe quel diamètre désiré. De plus, des mandrins de 10 n'importe quelle longueur voulue peuvent être fabriqués de manière à s'adapter à n'importe quelle application requise. L'intérieur creux de chaque élément cylindrique de petit -diamètre est de préférence raccordé à l'alimentation de gaz comprimé par l'arbre qui est creux s. cet effet et qui contient 15 un conduit, une ou plusieurs lumières étant prévues en des points appropriés le long du conduit et s'ouvrant dans l'intérieur creux d'au moins un des éléments de plus petit diamètre, des moyens étant prévus à l'extrémité de tête de l'arbre pour paccorder le conduit à une alimentation de gaz comprimé. Il est, en outre, préférable que 20 les lumières comportent des orifices étranglés réglables,de sorte que la pression de gaz dans chaque lumière peut être modifiée, produisant ainsi des différences de pression tout le long du mandrin. Il est, en outre, préférable que l'arbre puisse tourner 25 dans son élément de montage, et qu'au moins les éléments de plus grand diamètre puissent être calés sur l'arbre de manière à tourner avec lui. Une forme d'exécution de l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans 30 lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe d'un mandrin suivant l'invention dont l'intérieur est en partie découvert; la Fig. 2 est une vue en coupe verticale, à plus grande échelle,et explosée d'un élément cylindrique du mandrin, et 35 la Fig. 3 est une vue en perspective d'une machine à fabriquer des tubes comprenant le mandrin représenté sur les Fig.l et 2. Sur la Fig. 3, 21 désigne 1*ensemble d'un raandrin dont la tête au moins peut tourner. 22a, 22b, etc., sont des ^•0 axes sur lesquels sont montées des bobines de bandes (deux bobines 70 05663 2033391 étant représentées mais ce nombre n'étant pas limitatif) a partir desquelles les bandes sont amenées sur le mandrin. 23a, 23b, etc., sont les bandes qui sont dévidées dans le sens des flèches et 2*+, 25, 26 et 27 sont des rouleaux entre lesquels les bandes sont en-5 traînées et au moyen desquels elles sont amenées sur le mandrin, les rouleaux pouvant également servir à tendre les bandes, si on le désire, par exemple à l'intervention de dashpots. 23 est un tube formé par les bandes enroulées en hélice et obtenu en collant les unes aux autres des spires hélicoïdales 10 axialement adjacentes de chaque bande, par'exemple par un ruban adhésif ou par d'autres moyens appropriés, tels que des enduits adhésifs sensibles à la pression sur les bandes. Le tube est maintenu et guidé par les rouleaux 29 et par un bouchon en mouvement 30 et le dispositif servant à faire tourner et avancer le tube 15 axialement (et ainsi à faire tourner ou enrouler les bandes autour du mandrin et à faire avancer axialement les spires enroulées le long du mandrin) comprend une courroie enroulée 31 qui est entraînée par la poulie 32 et qui est tendue par la poulie 33- Le mandrin en porte à faux utilisé dans la machine re-20 présentée sur la Fig. 3 sera décrit ci-après plus en détail avec référence à une forme d'exécution préférée"et à l'aide des Fig. 1 . et 2. Il comprend un certain nombre d'éléments cylindriques creux 3^ montés coaxialement et bout à bout sur un arbre creux tournant 35 qui est libre à une extrémité (sa queue) et qui est maintenu , 25 à l'autre (sa tête) par des paliers 36, 37 tout en étant entraîné en rotation par un moteur 38, par exemple par l'intermédiaire d'une chaîne et de roues à chaîne. Chaque élément cylindrique formant la queue du mandrin comporte une paroi cylindrique perforée tandis que ceux qui forment la tête sont imperforés et ont un diamètre 30 légèrement supérieur L celui des éléments de queue. Chao^ue élément de queue comprend deux joues d'extrémité bridées annulaires opposées 395 les joues étant tournées l'une vers l'autre et une paroi cylindrique *f0 de construction perforée étant montée entre ces joues et attachée à celles-ci, par exemple par soudure,pour 35 former un cylindre creux. 3n variante, ou en outre, les joues d'extrémité peuvent être reliées les unes aux autres par des tirants. Chaque joue d'extrémité est percée en deux ou plusieurs points pour forner des passages que traversent des tirants *fl propres à relier chaque élément à la joue ^-2 fixée sur l'arbre,de tel-!+0 le sorte qu'en fonctionnement, les éléments sont entraînés en ro- 5 70 0-3663 2 33391 tation par l'arbre. La construction des éléments de tête est semblable à celle des éléments de queue, mais leur diamètre est plus grand et leurs parois cylindriques sont inperforées. L'arbre creux est raccordé à une conduite ^3 qui est, & son tour, raccor-5 dée à une alimentation d'air comprimé, non représentée, et qui est munie d'une vanne Vf servant à régler l'arrivée ou l'alimentation d'air comprimé. L'arbre creux comporte, à des intervalles longitudinaux, un certain.nombre de lumières ^5 s'ouvrant dans l'intérieur creux de chaque élément de queue du mandrin. Chaque lu-10 mière est, de préférence, munie d'un dispositif servant à régler la. section de son orifice. La différence de diamètre entre les éléments imperforés et les éléments perforés n'est de préférence par très, grande. Par exemple, on a constaté que des différences de diamètre d'environ 15 0,25 à 1,27 am conviennent parfaitement. Cependant, la valeur préférée dépend de la nature de la bande et de la pression du gaz. Dans une forme d'exécution très commode, les éléments qui forment la tête du mandrin peuvent être remplacés par des éléments en substance identiques à ceux qui forment sa queue et un ou 20 plusieurs manchons en matière imperméable de l'épaisseur désirée sont glissés sur ces éléments. En fonctionnement, on place un cylindre postiche du même diamètre extérieur que celui du tube à former contre la queue du mandrin et on enroule la courroie d'entraînement autour de ce 25 cylindre en l'ajustant à l'angle voulu par rapport à l'axe longitudinal pour obtenir le rapport désire de la. vitesse de rotation au déplacement axial. Les rouleaux 2b, 25 et 26, 27 sont positionnés aux endroits voulus par rapport au mandrin pour déterminer l'angle requis entre chaque bande et le mandrin et les bandes sont 30 entraînées successivement entre les rouleaux, enroulées autour du mandrin et attachées au cylindre postiche à l'angle voulu. La première bande à enrouler est mise en place sur la tête du mandrin mais la seconde bande et les bandes suivantes sont, de préférence, amenées de manière qu'au moins une partie de leur largeur dé-35 passe sur la queue du mandrin de telle sorte que la tendance de l'épaisseur interne formée par la première bande à être pressée sur le mandrin par les spires formées par la ou les dernières bandes est contrecarrée par le coussin d'air.De l'air comprimé est amené au mandrin à la pression voulue et la courroie d'entraîne-^0 ment enroulée ainsi que le mandrin sont mis en route. La pression 70 0566? 6 2. 33391 d'air pour le coussin dépend dans une certaine nesure de la nature de la bande, nais on a obtenu de bons résultats avec une bande de papier en utilisant des pressions de l'ordre de l,?f à'lr,2 l~g par cm ' environ et, en particulier, ?,8 kg par cm". 3.i la pression 5 est trop, tasse, l'effet lubrifiant désiré peut ne pas être obtenu. Si elle est trop, élevée, des poches de gaz tendent toutefois à se former en dessous de la bande et la jonction soudée peut finalement céder. Lorsque l'élément postiche a dépassé la courroie d'en-10 traînenent enroulée, on peut l'enlever et poursuivre le processus avec la courroie enroulée entraînant le tube obtenu par l'enroulement hélicoïdal des bandes, ce tube étant supporté par le bouchon en mouvement 30. Le mandrin tourne, de préférence, à une vitesse deux fois supérieure à celle du tube afin de réduire la friction. 15 Le tube qui avance peut être coupé en longueurs ap propriées, par exemple par une scie volante, non représentée, qui accompagne le tube tout en le sectionnant et qui revient ensuite rapidement vers sa première position. Des variantes du systvme que l'on vient de décrire 20 apparaîtront aisément aux spécialistes. Par exemple, comme il n'est pas nécessaire que la queue du mandrin tourne, les éléments constituant cette queue peuvent être montés de manière à tourner librement sur l'arbre. De plus, les tirants qui font tourner les éléments avec l'arbre creux peuvent être remplacés 25 par d'autres moyens appropriés. Par exemple, l'arbre peut présenter une rainure de clavette axiale et une ou les deux joues d'extrémité de chaque élément peuvent être munies de clavettes s'engageant dans la rainure. Dans une autre variante, les éléments cylindriques formant la tête et la queue du mandrin peuvent tourner 30 avec l'arbre du mandrin par friction, c'est-à-dire que ces éléments sont pressés contre la bride 52 au moyen d'une seconde bride exerçant une pression axiale à l'autre extrémité de l'arbre par un lerou et un pas.de vis. Dans encore une autre variante, le ou les éléments de queue peuvent être calés sur l'arbre monté fixe dans les 35 paliers 36, 37 et la tête du mandrin est montée à rotation sur l'arbre et, si on le désire, elle peut être entraînée de n'importe quelle manière appropriée. Les parois perforées des cylindres peuvent être remplacées par des parois en métal fritte perméables. La machine peut être mise en oeuvre avec l'axe du rnan- 70 06663 7 2033391 drin disposé verticalement. Les rouleaux destinés à supporter et à faire avancer le tube qui tourne peuvent être remplacés par des rails de guidage et le bouchon en mouvement peut être remplacé par des rails de sup-5 port. Les fonctions de guidage et de support peuvent être exercées par les mêmes rails, si on le désire. La courroie enroulée peut être remplacée par un autre dis positif d'entraînement. Suivant encore une' autre variante de cette forme d'exé-10 cution (non représentée),les bobines de bande peuvent être montées sur des'broches propres à tourner autour de l'axe du mandrin. Par exemple, les broches peuvent être disposées radialement sur une cage tournante dont l'axe est parallèle à l'axe longitudinal du mandrin et est de préférence coaxial à celui-ci et, dans ce cas 151e tube ne doit pas être entraîné en rotation autour du mandrin, mais simplement tiré de celui-ci à mesure qu'il se forme. Le dispositif servant à faire progresser axialement la ou les bandes enroulées en hélice le long du mandrin est alors" avantageusement, par exemple,un dispositif de traction. Le bâti est de préférence situé 20 autour du mandrin ou du côté du mandrin éloigné de celui d'où le tube formé est enlevé. On peut utiliser n'importe quelles bandœ flexibles dans le procédé suivant l'invention et notamment des bandes en métal, en papier, en carton, en matière textile et en matière plastique. De 25 plus, la bande peut avoir n'importe quelle largeur désirée. Elle peut également présenter une section simple ou complexe, par exemple comporter des nervures longitudinales ou latérales ou des creux dans une ou dans ses deux faces. La bande peut aussi avoir une structure composite, par exemple stratifiée, éventuellement 30 prétraitée, par exemple, au moyen d'un apprêt, d'un agent d'imperméabilisation, d'un adhésif, d'une composition expansible ou d'un . rèvêtement protecteur. Das bandes de matière expansée peuvent également être utilisées, par exemple des bandes de mousse plastique Les spires hélicoïdales voisines de chaque bande peuvent 35 être disposées bord à bord ou avec chevauchement, comme on le désire, et on peut utiliser tout moyen approprié pour lier les spires voisines les unes aux autres, par exemple par rivetage, soudage, chevillage et collage. L'invention s'applique, en particulier, à la fabrica-Mj tion de tubes de grand diamètre à paroi mince et de tubes en ma- 0 05663 8 2033391 tière plastique orientée. On avantage supplémentaire de l'invention est qu'on peut chauffer ou refroidir le gaz débité pour former le coussin de gaz, si on le désire, de manière a apporter de la chaleur au tube ou 5 en soustraire pendant sa fabrication. Par exemple, une ou plusieur bandes peuvent être recouvertes d'un adhésif thermosensible et l'adhérence peut être provoquée en utilisantun gaz chauffé pour le coussin de gaz. Une ou plusieurs des bandes peuvent également comprendre une matière fibreuse, par exemple des fibres de verre im-C prégnées d'une résine thernodurcissable.dont la cuisson peut être facilitée si l'on chauffe le gaz. D'autres moyens d'utiliser cette forme de régulation thermique apparaîtront ...uisésent aux spécialistes. 70 0'J663 9 2033391 R 3 7 ?! H PIC A ;iO II S . 1.- Landrin en porte à faux propre à être utilisé con-me support temporaire pour un tube nui est produit par l'enroulement hélicoïdal d'une ou de plusieurs bandes flexibles et oui est 5 destiné a être déplacé axialement par rapport à, ce support, caractérisé en ce qu'il comprend : une tête disposée près de l'élément de montage du mandrin et comportant une parci cylindrique imperméable, une queue qui est coaxiale à la tête, et qui se trouve b. son extrenité éloignée ce 1G l'élément de montage et dont le diamètre est inférieur à celui de la tête, au.moins une partie de la longueur de la queue étant de section creuse et comportant une paroi perméable au gaz, et un conduit étant prévu dans la tête pour raccorder la partie creuse de 3a queue à une alimentation de gaz comprimé. 15 2.- Landrin suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la tête peut tourner autour de son axe longitudinal. 3.- Mandrin suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tête et la queue ont chacune un diamètre en 20 substance constant, un épaulement étant prévu entre la tête et la queue. *f.- Landrin suivant la revendication 3? caractérisé en ce que la différence de diamètre entre la tête et la queue est comprise entre 0,25 et 1,27 ram. 25 5.- ilandrin caractérisé en ce qu'il comprend ; (i) un arbre supporté à une extrémité (sa tête) dans un élément de montage, (ii) deux jeux d'éléments cylindriques creux propres à être montés coaxialement bout à bout sur l'arbre, chaque jeu étant 30 d'un diamètre en substance uniforme et comprenant au moins un élément, les deux jeux étant de diamètre différent, le jeu de plus grand diamètre pouvant être monté à la tête de l'arbre et comportant des parois cylindriques imperméables et le jeu de petit diamètre étant monté à la queue de l'arbre et comportant des parois cy~ 35 lindriques perméables au gaz, (iii) un moyen pour raccorder l'intérieur creux d'au moins un élément du jeu de plus petit diamètre h une alimentation de gaz comprimé, et (iv) un dispositif pour faire tourner au moins un des *+0 éléments du jeu de plus grand diamètre autour de son axe. BAD ORKtfNM- 10 7C 0 S663 2:33391 6.- Ilandrin suivant la revendication 5j caractérisé •• u ce que l'arbre peut tourner dans son élément de montage et au moins les éléments du jeu de plus rrand diamètre peuvent être calés sur-cet arbre de manière à tourner avec lui. 5 7•- ilandrin suivant la revendication 5 °u 6, caractérisé en ce que le moyen pour raccorder l'intérieur creux de. l'élément de petit diamètre à une alimentation de gaz comprimé comprend un conduit dans, l'arbre, ce conduit présentant une ou plusieurs lumières espacées longitudinalement et destinées, en 10 fonctionnement, à s'ouvrir dans l'intérieur creux d'au moins un des éléments de petit diamètre, et des moyens à l'extrémité de tête de l'arbre pour raccorder le conduit à une alimentation de gaz comprimé. 8.- î-landrin suivant la revendication 7 5 caractérisé en 15 ce que chaque lumière du conduit comporte un orifice réglable. 9.- Variante d'un mandrin suivant l'une quelconque des revendications 5 à- 3, caractérisée en ce que le jeu d'éléments de grand diamètre est remplacé par au moins un élément en substance identique à ceux formant le jeu d'éléments de plus petit diamètre 20 et au moins un manchon en matière imperméable .de l'épaisseur désirée propre à s'ajuster sur cet élément. 10.- Ilandrin suivant l'une quelconque des revendications 1 k 95 caractérisé en ce qu'il . est apte à travailler en ayant son axe disposé dans un plan en substance vertical. 25 ■ 11.- élément cylindrique creux propre à être monté sur l'arbre du mandrin en vue d'être utilisé dans un mandrin suivant l'une quelconque des revendications 5 à- 10, caractérisé en ce qu'il présente une paroi cylindrique perforée. 12.- Elément cylindrique creux suivant la revendication 30 11, caractérisé en ce' qu'il comprend deux joues d'extrémité annulaires bridées, les joues étant tournées l'une vers l'autre et une paroi cylindrique perforée étant montée entre les joues d'extrémité et fixée à celle-ci. 13.- liachine destinée à fabriquer un tube par l'enrou-35 lement hélicoïdal d'une ou de plusieurs bandes flexibles, caractérisée en ce qu'elle comprend(a) un élément de montage portant (b) un mandrin en porte à faux suivant l'une quelconque des revend! cations 1 à et 1C ou constitué d'un xaaridrin assemblé suivant l'une quelconque des revendications 5 è 10, (c) un dispositif peur k0 amener au moins une bande flexible au mandrin} (d) des moyens bad original 70 06663 ii 2033391 pour guider chaque bande àepuis le dispositif d'amenée tangen-tiellement vers le mandrin à un angle prédéterminé inférieur h 90° par rapport à son axe longitudinal, (e) un dispositif pour faire tourner ou enrouler la ou les bandes autour de l'axe du 5 mandrin pour former des spires de bande, (f) un dispositif synchronisé avec le dispositif de rotation pour faire progresser les spires de la bande axialement le long du mandrin, (g) des moyens de support et de guidage pour le produit tubulaire formé par enroulement hélicoïdal et (h) des moyens' pour introduire du gaz comprimé dans 10 la partie creuse du mandrin.