Brevet FR2240096A1 — publié le 19750307

L'invention concerne un procédé et une machine de réa!isarion de corps creux en résine synthétique armée de fibres; un tel procédé et une telle machine permettant d'obtenir des-structures de parois à couches de fibres diversement orientees et autorisant de bonnes cadences de fabrica.ione Elle concerner également, un corps creux résultant de l'application d'un tel procédé à l'aide d'ùne telle machine. On connait déjà des procédés divers et des machines permettant de réaliser des corps creux, tels que des réservoirs ou des tuyaux, par enroulement sur un mandrin, entrainé en rotation, de filaments et de fibres imprégnés de résine synthétique polymérisable, convenablement orientés en fonction de contraintes mécaniques prédéterminées, un tel enroulement étant effectué d'une fanon continue ou discontinue. Dans les procédés du type continu, on dépose sur un mandrin des filaments de verre en forme denappe ou de tissu, en quantité suffisante et selon des angles prédéterminés, pour obtenir à chaque instant une épaisseur de paroi désirée ; ce mandrin étant ou bien, introduit en continu dans une installation de bobinage ou bien, constitué d'éléments continuellement montés puis démontés. De tels procédés, bien adaptés à ia réalisation d'éléments tubulaires, permettent d'obtenir les plus grands rendements en déposant sans interruption de grandes quantités de filaments deverre sur un mandrin0 Par contre, ils présentent des inconvénients majeurs difficulté de changer de diamètre de mandrin et d'obtenir des combinaisons d'angles qui seraient le mieux adaptées à l'utilisation d'un tube ; nécessité de faire fonctionner, sans interruption, de telles installations de bobinage. On est, donc, amené en pratique à prévoir une machine par type d'élément tubulaire. Dans les procédés du type discontinu, des nappes de filaments sont des posées par une tête- de distribution, animée d'un mouvement alternatif, sur un mandrin seulement entrainé en rotation et des coordinations convenables de la vitesse de rotation du mandrin et du déplacement de la tête de distribution procurent, sur le mandrin, une figure géométrique formée par les filaments et défi- nie par un a-ngle de bobinage, Cette figure est reproduite, avec un décalage, jusqulà obtenir une couche complète0 On peut, de cette manière, appliquer plusieurs couches successives selon les angles désirés (de quelques degrés par rapport à l'axe du mandrin, dans le cas d'un enroulement polaire, pur, jusqu'à 900 pour un bobinage circonférentiel ou bord d borde Les installations de mise en oeuvre de tels procédés discontinus permettent de fabriquer des parois à structures complexes comportant une succession de couches à orientations différentes et alternées exactement suivant des besoins imposés. Ces installations acceptent, sans difficulté, des mandrins de différents diamètres et les réglages de pas, déterminant l'angle de bobinage, s'effectuent facilement d'une couche à la couche suivante ou d'un mandrin à un autre mandrin. Mais, les changements de programmes effectués d'une couche à une autre couche limitent la capacité de production d'autant plus que le plus souvent on combine des couches à angles faibles par rapport à l'axe du mandrin avec des couches à angles importants dites radiales ou circonférentielles. En pratique, cela impose souvent de couper la bande de filaments d'une couche pour la fixer sur l'arbre du mandrin avant le démarrage de la couche suivante. se se se propose de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un procédé de réalisation d'un corps creux à partir de résine synthétique armée de fibres et de filaments ; ce procédé permettant une bonne cadence de fabrication d'une paroi de corps creux qui peut être relativement complexe et bien adaptée à des conditions d'utilisation prédéterminées. Ce procédé reprend les opérations essentielles de bobinage de procédés connus du type discontinu; la tête de distribution des filaments assurant, à ces derniers, des angles prédéterminés par rapport à l'axe de bobinage. Selon l'invention, un tel procédé consiste, en outre, à bobiner d'une façon simultanée au bobinage de la première nappe de filaments, au moins une autre nappe de filaments également imprégnée de résine polymérisable et à tendre ces autres nappes suivant, au moins, une direction différente de celle de la première nappe de filaments0 De la sorte, la couche composite résultant d'un tel bobinage est constituée d'un enchevêtrement de nappes de filaments ce qui forme une structure qui peut présenter des particularités remarquables de résistance à des efforts prédéterminés. De plus, la mise en oeuvre d'un tel procédé assure, à chaque instant et sans interruption, l'application d'une quantité relativement importante de matière ce qJi eotrarne une bonne cadence de fabrication0 L'invention concerne, également, une machine permettant la mise en oeuvre d'un procédé analogue au procédé décrit ci-dessus. Une telle-machine comporte les éléments essentiels des machines connues permettant la mise en oeuvre de procédés de réalisation de corps creux du type discontinu Ces machines comportent unensemble de moyens de guidage, d'imprégnation, de tension de filaments, destinés à bobiner sur un mandrin une nappe de filaments imprégnés de résine polymérisable et tendus sous un angle prédéterminé. Une machine conforme à l'invention est remarquable en ce qu'elle com -porte un deuxième ensemble de moyens similaires à ceux mentionnés plus haut, pour assurer une mise en oeuvre simultanéer sous un angle convenable, d'une deuxième nappe de filaments ; ces moyens pouvant etre commandés, indépendam ment des moyens du premier ensemble. Pour une valeur prédéterminée de la vitesse de rotation du mandrin, la vitesse linéaire de déroutement nécessaire au bobinage d'une-na,ope de filaments est évidemment d'autant plus grande que l'angle de bobinage par rapport a l'axe du mandrin est d'autant plus petite Une telle vitesse atteint une valeur maximale pour un bobinage d'un p61e à l'autre du mandrin et, dans un tel cas, pour amé liorer encore la cadence de réalisation d'une paroi a plusieurs nappes de fila ments, une telle machine peut a;antageusement comporter, au moins, un autre ensemble de moyens de bobinage destiné à livrer aj mandrin- une troisième nappe de filaments identique à la deuxième nappe; ces deux nappes étant bobinées, dans des conditions identiques entre elles, sous des angles relativement grands, a partir de points judicieusement choisis sur ce mandrine Enfin, l'invention concerne un corps creux résultant d'une mise en oeuvre d'un teì procédé à-l'ade d'une telle machine; un tel corps creux étant re merquable en ce que sa paroi présente un enchevetrement particulier de nappes de filaments qui peuvent être différentes les unes desnutres0 D'autres caractéristiques etavantages de l'invention se dégageront de la description quiwa suivre en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu a titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure I représente, en perspective à une échelle petite, une ma chine conforme à I'invention. - la figure 2 représente, en coupe transversale, des éléments et dispositifs essentiels de a machine de la figure 1. - les figures 3 et 4 sont des schemas permettant d'expliquer comment la machine de la figure I peut être utilisées Sur la figure 1, on peut voir un mandrin I d'un type connu permettant de réaliser un tuyau, par bobinage de filaments imprégnés de résine synthétique. Ce mandrin est disposé horizontalement et est porté pa un arbre horizontal 2 dont les deux extrémités sont montées, d'une façon usuelle, dans des paliers aménagés sur deux supports 3d, 39, substantiellement espacés l'un de l'autre et analogues entre eux" Ces supports 3d, 3g se présentent, chacun, sous la forme d'un "U" renversé et sont équipés de galets de roulement sur deux rails 3r, fixés aJ sol, pour pouvoir adapter leur écartement à la longueur " "l" de chacun des arbres 2 de mandrin qu'ils peuvent porter. Un coffret zest disposé dans le prolongement de l'arbre 2 à une faible distance du support 3g et on précisera que des moyens moteurs classiques, de nature électrique et hydraulique, sont logés dans ce coffret 4 pour assurer l'entrai- nement en rotation de l'arbre 2 du mandrin 1, gracie à un dispositif usuel de trans mission "à la cardan" 2c0 Une poutre 5 substantiellement longue par rapport à sa section mais rigide est disposée horizontalement, parallèlement à l'arbre 2, en-dessous du mandrin i. Cette poutre présente une section transversale en forme de carré "posé sur une pointe" et est portee, de place en place, par des soucies 5s formant des berceaux en forme de "V", fixés au sol entre les rails 3r des supports 3d, 3g. Enfin, un chariot 6-'qui sera décrit en détail ci-après) est monté sur la face avant (visible sur la figure 1) de la poutre 5 et porte un bras 7 disposé obliquement dans un plan transversal par rapport au mandrin 2. On précisera que deux autres chariots 8d, 8g, identiques entre eux, sont montés sur la face arrière de la poutre 5, comme il sera expliqué ci-dessous et portent, également, chacun un bras transversal 9 dont l'extrémité libre est située à peu près à l'aplomb de la génératrice horizontale inférieure du mandrin 1. Enfin, un châssis 31 relativement loria par rapport à sa largeur, résultant d'un assemblage de plaques et de profilés, est disposé à l'alignement de la poutre 5 et de l'arbre 2. Ce châssis est équipé de supports ds bobines de fils de verre ; un certain nombre de ces bobines étant appropriées à un de vidange par l'extérieur alors que les autres bobines sont appropriées à un dévidage par l'intérieur. Sur la figure 2, on retrouve la poutre 5 et les chariots 6, 8d, 8g. Cette poutre 5 est constituée d'éléments tubulaires, rigides, disposés bout à bort et portés par les socles 5s. Des éléments de barre rectiligne, de section rectangulaire 10v, loir, sont respectivement fixés parallèlement à l'axe de la poutre 5 et per pendiculairement aux faces inclinées supérieures de la poutre 5 Deux autres éléments l IY, Loir, analogues aux éléments tOv, Zou sont fixés, de meme, aux faces inclinées inférieures de cette poutre 5. Chaque chariot 6, 8d, 89 comporte un bâti, essentiellement constitué d'éléments rigides 12 en forme de " L " inclinés, disposés transversalement par rapport à la poutre 5, assemblés par paires et respectivement équipés, dans leurs parties extremes, de- rouleaux 13 ;ces derniers étant convenablement engagés sur les profilés 10v à 11r pour permettre le guidage et des déplacements longitudinaux de ces chariots (flèches f1 à f4). A ce sujet, on précisera que des moyens connus (moteurs du type pas à pas, de nature électro-hydraulique, réducteurs de vitesse ...) sont montés dans le coffre 4 et que des moyens de transmission sont prévus, d'une façon conventionnelle, pour assurer ces déplacements de chariots et les commandes des dispositifs (décrits ci-dessous) qu'ils portent. De plus, pour chaque chariot, un support 14 équipé de moyens usuels de guidage d'une nappe de filaments, tels que des rouleaux 15, est fixé au bâti de chariot et porte un bac 16 approprié à l'enduction, par une résine synthétique à l'état visqueux, de cette nappe de filaments ; I'axe géométrique de cette dernière étant perpendiculaire à celui de l'arbre 2. Enfin, le bras 7 est articulé longitudinalement sur le support 14 de son chariot 6 et peut, ainsi, etre déplacé dans un plan transversal, groce à un vérin 17. Ce bras 7 comporte une tige aménagée pour coulisser radialement et porter, à son extrémité libre, un oeil 7t de distribution de filaments. De plus, un levier 71est, également, articulé sur le support 14 et est équipé, à son ex tremité libre, d'un galet pour maintenir, lors d'inversions de marche, la tension des filaments, grave à un petit vérin I7t Enfin, le bras 9 de chaque chariot 8 est également articulé, transversalement au mandrin 1, sur le support 14 ;; l'extrémité libre de ce bras 9 étant équipée d'un oeil de distribution de filaments 9t On précisera que des moyens connus de nature électrique, électroma gnétique et électronique sont logés, en outre, dans le coffre 4, pour permettre de coordonner des déplacements des chariots et des commandes des divers dispositifs décrits plus haut, en vue de réaliser divers "programmes" comme il sera expliqué plus loinO La description qui précède permet de comprendre que les extrémités de trois nappes de filaments nl, n2, n3 peuvent etre respectivement engagées sur les rouleaux 15 des chariots 8 et 8d, 8g (flèches f5, f6) pour etre fixées, d'une façon usuelle, sur des parties prédéterminées du mandrin 1 Les nappes n2, n3 livrées par les chariots 89, 8d sont respectivement fixées à l'extrémité El de la partie cylindrique du mandrin I et à la partie médiane de ce dernier (figures 3 et 4). Chacune des nappes nl, n2, n3 est formée à partir de fils de verre conditionnés en bobines supportées par le châssis 31 ces fils étant engagés dans des moyens de guidage prévus sur ce châssis 31 et dans des caniveaux aménagés sur le sol, parallèlement aux rails 3r et de part et d'autre de ces derniers0 De plus, les bacs 16 des chariots peuvent etre garnis d'une quantité suffisante de résine synthétique polymérisable pour former un bain d'enduction de filaments ; cette résine étant du type des résines utilisées pour la réalisation de corps creux. Le mandrin 1 peut, alors, etre entraîné en rotation (flèche f7) et les trois chariots peuvent etre entraînés en translation à des vitesses convenables pour assurer un bobinage de ces trois nappes nl, n2, n3 qui se trouvent imprégnées de résine synthétique et constituer, de la sorte, une couche de paroi de corps creux; les filaments étant convenablement tendus, d'une façon connue. On conçoit que la structure de cette couche est fonction des valeurs relatives de la vitesse de rotation du mandrin I et des vitesses de translation des trois chariots 6 et 8d, 8g. A ce propos, on indiquera que l'on peut réaliser une structure de paroi présentant une bonne résistance mécanique en effectuant un bobinage à "spires jointives" à l'aide des bras 9 et un bobinage en "hélice" à l'aide du bras 7 ; cette hélice présentant un pas relativement grand. Pour cela, on choisit des valeurs assez faibles pour les vitesses du mandrin 1 et des chariots 8d, 8g ; ces vitesses assurant un bobinage classique à spires jointives des nappes n2, n3 (figure 3), compte tenu du diamètre "D" du mandrin 1 et de la largeur " to" de cette nappe 2.En outre, on choisit pour cette largeur u " des nappes n2 n3, une valeur entraînant une inclinaison " i " compatible à la stabilité que ces filaments peuvent présenter sur un mandrin 1 au cours du bobinage, A ce sujet, on indiquera que ce bobinage à spires jointives des nappes n2, n3 est effectué à partir de l'une des extrémités "El" de la partie de cylindre du mandrin 1 ; les parties polaires Pt, P2 de ce mandrin n'offrant aucune stabilité à ce mode de,bobinage (figure 3). Par contre, la nappe n1 est livrée par la tête 7t au mandrin I, à l-'état tendu et en formant un angle assez petit avec l'axe géométrique XX' de bobinage ce qui permet une bonne stabilité de cette nappe nl sur les parties polaires PI, P2. Ainsi, on conçoit que le fonctionnement de la tete 7t doit- entrainer une vitesse maximale de translation (flèches fi, f2) compatible à la vitesse ma ximale de dévidage des bobines de la nappe ni pour permettre des vitesses acceptables du mandrin et des autres nappes n2, n3, ce qui conditionne le fonctionnement de l'ensemble de la machine0 Les nappes ainsi appliquées sur le mandrin i se trouvent, peu à peu, en cheoretrées entre elles, d'une façon particulière, pour former une structure de paroi remarquablement résistante et homogène A ce sujet, on précisera que pour un mandrin relativement long par rapport a son diamètre, tel qu'un mandrin de realisation de tuyaux, le bobinage de la nappe nl, d'un polie PI à l'autre pôle P27 peut aussi bien être effectué au cours d'un seul aller et retour de la tete 7t que sous la forme d'une hélice de plusieurs spires ; dans ce dernier cas, les vitesses du mandrin et des supports n2, n3 peuvent etre plus grandes que dans le cas ofl un seul aller et retour de la nappe nl forme une seule spire sur ce mandrin. Enfin, cette machine pourrait etre équipée d'un seul ou de trois chariots analogues aux chariots 8d, 8g, en fonction des particularités de corps creux à réaliser. Alors, on comprend qu'une telle machine permet d'adapter les angles de bobinage des nappes nl, n2, n3 aux particularités de résistance des parois de corps creux qui peuvent, ainsi, entre réalisées et que, dans tous les cas, on obtient une excellente utilisation dela machine puisque les aménagements décrits plus haut assurent, sans arret, une mise en oeuvre de matière qui est notablement plus grande que celle des machines connues De plus, ces processus de bobinage s'appliquent aussi bien à des réalisations de citernes que de tuyaux, à l'aide de mandrins appropriés mais usuels ; ces opérations de bobinage, sous au moins deux angles différents, étant connues en elles-memes mais procurant, du fait de leurs applications simultanées, une struc ture de paroi plus avantageuse que celles qui peuvent etre procurées par les processus connus0 Ces corps creux sont, en effet, sensiblement moins onéreux que les corps connus diun meme type (citernes, tuyaux oye) et leurs parois présentent un enchevêtrement particulier de deux nappes qui peut permettre d'identifier ces corps creux4 L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intéret justifié sur un exemple détaillé, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un corps creux en usine synthétique armée de fibres, consistant à bobiner sur un mandrin une première nappe de filaments imprégnés de résine synthétique polymérisable ; ladite nappe étant convenablement tendue en formant un angle prédéterminé avec l'axe géométrique de bobinage pour réaliser, au moins, une couche, .assurer la polymérisation de la résine, séparer le mandrin du corps creux ainsi réalisé, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à bobiner, simultanément au bobinage de la première nappe de filaments, une deuxième nappe de filaments-imprégnés de résine synthétique polymérisable, . tendre cette nappe suivant une direction formant, avec l'axe géométrique de bobinage, un angle différent de l'angle de bobinage de la première nappe, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à tendre la première nappe sous un angle suffisamment grand par rapport à l'axe de bobinage pour assurer, compte tenu de la largeur de cette première nappe, un bobinage à spires jointives et à tendre la deuxième nappe sous un angle sensiblement plus petit. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à effectuer simultanément-des bobinages identiques entre euX de, au moins, deux nappes analogues entre elles, respectivement à partir de deux points espacés l'un de l'autre pour réaliser la première nappe. 4. Machine permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, comportant-un bâti équipé . d'un mandrin de bobinage monté sur ce bâti, O de moyens moteurs, O d'un chariot muni de moyens susceptibles de livrer, au mandrin, une nappe tendue de filaments imprégnés de résine synthétique, caractérisée en ce qu'elle comporte, au moins, un autre chariot muni de moyens pour livrer, à llétat tendu, une autre nappe de filaments imprégnés de résine synthétique ; lesdits moyens de livraison pouvant etre commandés indépendamment de ceux du premier chariot. 5 Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un troisième chariot identique à l'un des deux premiers chariots et susceptible d'être commandé d'une façon synchronisée et analogue à ce chariot. 6. Machine selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les chariots sont portés par les faces latérales opposées d'une poutre disposée en-dessous de l'arbre du mandrine 7. Corps creux d'une application d'un procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que sa paroi est constituée de couches composites, formées de deux nappes de filaments, présentant des inclinaisons respectives, différentes l'une de l'autre, et que ces nappes sont enchev8trées l'une dans autre. 8. Corps creux selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'une des nappes de filaments se présente, dans au moins une couche de la paroi du corps creux, sous la forme de spires jointives et que l'autre nappe forme un angle relativement petit par rapport à l'axe de bobinage.