Brevet FR2077902A1 — publié le 19711105

La présente invention due à Gérard DUBOST et à Paul GAUTHIER se rapporte au procédé de fabrication automatique de poutres courbes en bois lamellé collé. Le procédé de fabrication artisanal connu consiste à serrer fortement des lamelles de bois, imprégnées de colle polymérisable, les unes contre les autres en leur faisant épouser une certaine forme.- Le temps de polymérisation peut etre de plusieurs heures et dépend de la température à laquelle sont portés les joints de colle. Le procédé de fabrication est purement statique. La fabrication industrielle faisant ltobjet de ce brevet d'invention consiste à assurer automatiquement et de façon continue, l'encollage et la mise en forme des lamelles de bois puis la poly mérisation au moyen de procédés haute fréquence.- C'est un procédé de fabrication à défilement continu rendu possible grâce à un temps de polymérisation très réduit.- La machine comprend essentiellement cinq parties distinctes séparables. (fig. 1). 1.) Des dispositifs fixes de chargement et d'entrainement(1) permettent, à partir de lamelles de bois chargées à une extrémité de la machine, de véhiculer un train continu de lamelles équidistantes les unes des autres. La vitesse de translation du train peut etre changée à volonté. 2.) Un dispositif d'encollage amovible0fomprenant un certain nombre de gicleurs dont on doit régler le debit en fonction de la vitesse de translation du train. Ces gicleurs sont disposés entre les lamelles et alimentés par une canalisation centrale qui délivre la colle sous pression. (3) 3.) Un dispositif fixe de-mise en forme de la poutre droite qui permet un rapprochement progressif des lamelles les unes contre les autres. (4) 4.) Un dispositif mobile de traction qui permet, en déplaçant l'extremite libre de la poutre initialement droite et immobile, l'autre extrémité étant encastrée dans le dispositif de mise en forme, de déformer progressivement la poutre au fur et à mesure que se produit la polymérisation au moyen d'un four haute fréquence qui se déplace le long de la poutre. 5.) Un four E. F associé à un dispositif mécanique de pression(5/ peut soit etre fixe et disposé à la sortie du dispositif de mise en Lorme lorsque l'on fabrique des poutres droites, ou soit mobile le long de la poutre, le déplacement s'effectuant de la sortie du dispositif de mise en forme vers l'extremite du dispositif mobile de traction. La polymérisation rapide de la colle s'effectue à l'aide d'un procédé haute fréquence. Elle s'effectue progressivement le long de la poutre, cependant que le déplacement du dispositif mobile de traction, dont le mouvement peut etre programmé à l'avance, permet de donner à la poutre définitivement polymérisée une forme quelconque. La description suivante détaillée des différentes parties permet de se rendre mieux compte du fonctionnement. 1 - Dispositifs fixes de chargement et d'entrainement(1/ Ces dispositifs sont fixés sur un meme bati. Les lamelles ) équarries et dont les extrémités ont été usinées et enduites de colle pour s'emboiter les unes dans les autres sont apportées verticalement sur la partie horizontale du dispositif de chargement situé à environ 1 m du.sol. Un corps de guidage faisant partie du bati de la machine permet de maintenir les lamelles verti calement.La section de ce corps de guidage par un plan perpendiculaire aux axes des lamelles a la forme d'un peigne dont la partie libre est largement ouverte vers le haut pour faciliter l'introduction des lamelles. e corps de guidage est interrompu trois ois pour pouvoir loger les trois cylindres de chargement en rotatio4Les lamelles reposant sur ces cylindres sont acheminées vers le dispositif d'entrainement proprement dit.Pour assurer la con tinuité entre les différentes lamelles le long d'un même couloir ctest-à-dire assurer le contact mécanique entre ltextrémité d'une lamelle simplement posée sur le dispositifde chargement et l'autre extrémité d'une lamelle déjà engagée dans le dispositif d'entrainement, la vitesse de translation des lamelles due aux cylindres de chargement sera supérieure à celle des lamelles déåà engagées dans le dispositif d'entrainement. Un jeu entre les lamelles et le corps de guidage permet d'éviter les frottements excessifs. Les lamelles sont séparées les unes des autres par un intervalle suffisant pour assurer ultérieurement le passage des gicleurs destinés à l'encollage. Le dispositif d'entrainement comprend essentiellement un groupe moteur réducteur (13) et des cylindres (14) d'entrainement disposés symétriquement par rapport aux lamelles. Il assure par un roulement sans glissement la translation du train de lamelles avec une puissance mécanique suffisante pour vaincre les frottements tout le long de la chaine. Ces cylindres d'entrainement dont les paliers de rotation sont disposés sur les flasques verticales de la machine doivent pouvoir se régler en hauteur de façon à pouvoir propulser des lamelles de hauteurs différentes. Les lamelles sont guidées par de petits cylindres de guidage qui peuvent tourner librement autour d'axes verticaux. Un dispositif mécanique d'entrainement de ces cylindres est contenu dans un carter disposé sur l'un des côtés verticaux de la machine in comprend un moteur, des réducteurs de vitesse, une boite de vitesse etc... La vitesse de translation du train de lamelles doit pouvoir varier dans de larges limites. Une transmission par exemple par courroie, permet également d'assurer la rotation des cylindres de chargement qui, rappelons-le, contribuent à donner une vitesse de translation supérieure. 2 - Dispositif d'encollage.($} C'est un dispositif amovible pour permettre plus facilement le nettoyage et eventuellement son remplacement par un meuble identique au cours de la fabrication. Il comprend des gicleurs disposés entre les lamelles alimentés sous pression (pompe) à travers une canalisation centrale. Le débit-de colle est asservi à la vitesse de translation du train de lamelles. La section du gicleur est conçue pour que les faces des lamelles soient uniformément aspergées de colle. Un bac d'égouttage permet de récupérer le surplus de colle que l'on recueille ultérieurement dans le dispo sitif de mise en forme. En effet pour une température ambiante de ltordre de 15 à 20 degrés centigrades la durée de vie du mélange durcisseur colle est de 3 à 4 heures, ce qui est très suffisant dans la plupart des cas. Pour permettre de retirer facilement ce dispositif d'encollage en cours de fabrication, on a prévu un dé gagement des gicleurs par un déplacement vertical de la partie supérieùre de la machine par rapport à son socle qui sera monté sur roulettes. 3 - Dispositif fixe de mise en forme de la poutre.(3J Les lamelles enduites de colle espacées les unes des autres doivent etre progressivement rapprochées en-évitant à tout moment que le bois ne dépasse le - taux de contrainte admissible. Le problème a été résolu en faisant épouser aux poutres une ligne de déformation du bois pour laquelle on sait parfaitement calculer les efforts sur chaque lamelle. Cette courbe est la déformée d'une poutre de longueur L encastrée a ses deux extrémités et dont les points d'encastrement sont écartés l'un par rapport à l'autre d'une distance H suivant une direction perpendiculaire à l'un des plans longitudinaux de la poutre. L'équation cartésienne de la déformée peut s'écrire : 6H L x y = x ( - ) L 2 3 ou x représente le point courant de la déformée à partir de l'un quelconque des points d'encastrement. En négligeant l'effort tranchant, et en supposant que la dénivellation H est fixée, la longueur L devra vérifier l'inégalité suivante pour que la contrainte maximale soit inférieure à la limite élastique R ou E représente le module d'élasticité du bois et n la distance de l'axe neutre à la fibre la plus éloignée. Dans le dispositif de mise en forme qui se présente comme un tunnel se retrécissant au fur et a mesure que la poutre progresse, L est la longueur du dispositif de mise en forme et H est la demie différence entre ltépaisseur totale du train de lamelles espacées à l'entrée du dispositif et l'épaisseur de la poutre formée (lamelles jointives) à la sortie du dispositif. Les contraintes dans le bois sont maximales à l'entrée et à la sortie du tunnel (encastrements) et pour les 2 lamelles extérieures. Ainsi l'épaisseur maximale des poutres à réaliser, compte tenu de l'espace nécessaire pour l'insertion des gicleurs entre les lamelles et de l'épaisseur de ces dernières, déterminera la longueur du dispositif de mise en forme. En supposant que l'on choisisse comme longueur L la longueur minimale on montre que lténergie interne, nécessaire pour mettre en forme la lamelle externe, est donnée par la formule 2 H 2 v. ( ) . R 15 L ou v représente le volume de la lamelle. Si nous appelons 2 N le nombre total de lamelles, lténergie interne globale à mettre en jeu est la suivante WT = V. 1 . R (H) (N+l) (2N+l) 45 L N ou pour 2N grand 2 (H) WT &num; 45 . V . R. L ou V représente le volume total des 2N lamelles à l'intérieur du dispositif de mise en forme. Dans le système MKSA rationalisé pour trouver W en joules il faut exprimer V en m3 et R en newton par mètre carre. b exemple : R = 1 Kg/mm n = = 1,5.10-2 m 2 E = 1 000 kg/mm2, H = 0,60 m 2 N = 40 (épaisseur de poutre finale : 1,2m) et a = 0,3 m on trouve L Y 7,5 m Dàs lors on a WT = 7,5.103 joules. Dans cette évaluation on néglige les forces de frottement. k - Dispositif mobile de traction.(+| Nous supposons que la poutre non encore polymérisée, constituée d'un certain nombre de lamelles disposées les unes contre les autres dont les faces sont recouvertes de colle se présente à la sortie du dispositif de mise en forme comme une poutre droite encastrée d'une longueur donnée. Les deux encastrements sont respectivement matérialisés par l'embouchure -de sortie du dispositif de mise en formeret le dispositif mobile de tractionA Lorsque la longueur de la poutre droite est suffisante pour réaliser ultérieurement la poutre courbe, les dis positifs d'entrainement-et de collage sont stoppés. Le problème consiste à déplacer, pendant la polymérisation de la poutre à l'aide d'un four HF mobilelltextrémité supportée par le dispositif mobile de traction. Le commencement de la polymé risation se fait dès la sortie du dispositif de mise en forme et sa progression, liée au mouvement continu et uniforme du four HF le long de la poutre, s'effectue vers l'autre extrémité fixée au dispositif mobile de traction. Les mouvements du four le long de la poutre et du dispositif mobile de traction C4) sont synchronisés pour obtenir finalement la forme de la poutre courbe désirée. En effet la position à un instant donnée du dispositif mobile de traction permet d'imposer une courbure bien définie à l'en- droit de la poutre où s'effectue la polymérisation à cet instant précis.Comme le profil longitudinal désiré de la poutre courbe peut être défini en chacun de ses points par une courbure (ou un rayon de courbure), il suffit alors, connaissant la vitesse d'avancement du four HF de polymérisation et la loi de variation du rayon de courbure de la poutre dé finitive, de programmer à l'avance le déplacement du dispositif mobile de traction. A un instant donné, on peut admettre que la portion de poutre qui est déjà polymérisée est infi niment plus rigide que le reste constitué par des lames enduites de colle sans liaison mécanique les unes avec les autres. Le déplacement du four steffectue par un simple guidage le long de la poutre qui se déforme en fonction du temps. Le déplacement du dispositif de traction s'effectue suivant les deux dimensions du plan du sol et peut etre télécommandé à distance et programmé. 5 - Four HF(5}Son rôle est de permettre la polymérisation rapide de la colle. I1 est fixe dans le cas d'une fabrication de poutre droite à défilement continu, ou mobile dans le cas dtune fabrication de poutre courbe (voir paragraphe 4). Pendant la polymérisation de la colle une pression constante est en outre assurée sur toute la longueur du four par un dispositif mécaniquelS) Le principe du four HF consiste à porter très rapide ment et dans toute l'épaisseur de la colle la tempé rature à une valeur suffisante pour assurer une poly mérisation rapide. Le chauffage haute fréquence permet cette élévation rapide de température. Ainsi, un diélectrique d'épaisseur e (exprimée en cm) dont la eonstante diélectrique relative est Et et l'angle de pertes , placé entre les armatures d'un condensateur soumises à une différence de potentiel crète V (volts) au rythme de la fréquence f (Hz/sec) est soumis à une dissipation de puissance moyenne par unité de volume (exprimée en watt/cm3) égale à On montre facilement que pour un bois humide l'élévation de température par unité de temps due à cet apport de puissance est deux fois plus élevée pour l'eau que pour le bois. D'où l'utilisation du procédé pour la dessication du bois. Pour un bois relativement sec (8 % d'humidité) et imprégné de colle, celle-ci sera portée à une température supérieure à celle du bois et la polymérisation sera ainsi extrèmement rapide. Pour un débit de 1 m3 de bois lamellé collé par heure la puissance du four HF doit être de l'ordre de quelques dizaines de KW. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de fabrication industrielle en continu de poutres lamellées collées droites ou courbes. La polymérisation de la colle s'effectue par chauffage haute fréquence. 2 - Dispositif de mise en forme de la poutre permettant un rappro chement progressif les unes contre les autres des lamelles de bois imprégnées de colle et translatées par un dispositif d'en trainement. Ce dispositif de mise en forme permet d'assurer constamment au cours des déformations que le matériau n'est pas soumis à des contraintes supérieures à sa limite élastique. 3 - Dispositif mobile de traction. Permet par un asservissement (télécommandé, ou programmé) du mouvement du dispositif mobile de traction, solidaire de l'extrémité libre de la poutre, au déplacement du four haute fréquence le long de cette poutre, de réaliser des poutres de profil longitudinal quelconque.