Brevet FR2413310A1 — publié le 19790727

La présente invention concerne un dispositif d'enrouler ment de fil métallique sous tension à couple compensé notamment pour le frettage de mandrins sous tension constante. L'invention sera plus particulièrement décrite dans son application au contrôle de la résistance à la corrosion sous tension des fils d'acier destinés à servir d'armatures dans les tuyaux en béton précontraint,mais il est évident quelle peut trouver son emploi dans d'autres applications qui requièrent lten roulement de fils métalliques ou non sous tension sur un mandrin. Dans l'industrie du tuyau en béton précontraint il est d'usage de tester la résistance à la corrosion sous tension des fils-métalliques,essentiellement d'acier dur,utilisés,pour former les armatures des tuyaux. Pour ce faire,le fil à tester,dtun diamètre de 4 à 7 mm est enroulé en spires non jointives,sous une tension déterminée, sur un mandrin de diamètre approprié. La tension exercée sur le fil au cours de son bobinage est usuellement de 11 ordre de 75% de la résistance minimale de rupture garantie par le fournisseur. Dans ltessai en question, le mandrin avec son fil enroulé ancré par ses deux extrémités est plongé pendant un certain temps (plusieurs heures)dans un bain d'acide chlorhydrique deminormal. La manière la plus simple pour enrouler le fil sous tension constante est d'utiliser un contrepoids fixé à une extrémité dù fil à tester,lequel passe sur une poulie placée fune hauteur suffisante dépendant de la longueur du fil à enrouler. Une telle installation est encombrante verticalement et présente l'inconvénient qu en cas de rupture accidentelle du fil en cours de bobinage,le contrepoids (plusieurs tonnes) est brusquement libéré et descend en chute libre. Le but de l'invention est de réaliser une installation supprimant cesynconvénients et nécessitant un couple moteur plus réduit,tout en étant aussi facile à utiliser et à régler que la précédente. A cet effet,l'invention a pour objet un dispositif d'enroulement sous une tension constante d'un fil sur un mandrin ou support quelconque,comprenant un mandrin d'axe horizontal entraîne en rotation par des moyens appropriés,caractérisé en ce qu'il comporte un tambour pour cable de compemsation coaxial au mandrin et solidaire en rotation de ce dernier,un premier câble de traction,dont une extrémité est fixée sur ledit tambour,enroulé partiellement sur ce dernier,et dont l'autre extrémité est fixée sur un chariot de mise en tension et de réglage de la compensation mobile le long d'un axe horizontal orthogonal à l'axe de rotation du tambour,ledit câble de traction passant sur une poulie folle mobile parallèlenent à l'axe de déplacement du chariot, et un second câble de traction interposé entre l'extrémité libre du fil à enrouler et l'axe de ladite poulie, ledit second câble de traction sollicitant un dispositif de chargement du fil à enrouler permettant d'appliquer à celui-ci la tension désirée Suivant un mode de réalisation,le dispositif de chargement est constitué par une balance dont un bras supporte une poulie folle sur laquelle passe le second câble de traction et dont l'autre bras est susceptible de recevoir une charge réglable proportionnelle à la tension à exercer sur le fil et dont la valeur est avantageusement un sous-multiple de ladite tension De préférence, le diamètre du tambour du câble de compensation est un multiple de la forme 2n (n étant un nombre entier ) du diamètre du mandrin et le second câble de traction passe sur un mouflage dépendant du rapport des diamètres tambour/ mandrin,l'ensemble étant destiné à diminuer lteffdrt sur les câbles et celui à mettre en jeu pour déplacer ledit chariot D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre drun mode de réalisation d'une installation selon l'invention, où n = 2,description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels:: Fig.l représente le schéma général d'un dispositif d'enroulement selon l'invention; Fig.2 représente une vue en élévation du dispositif de mise en tension et de réglage de la compensation; Fig.3 représente une vue en coupe suivant la ligne III-III du dispositif de la figure 2; Fig.4 représente une vue en coupe suivant la ligne IV IV du dispositif de la figure 2; Fig.5 représente une vue latérale en élévation du dispositif de chargement, et Fig.6 représente une vue de gauche du dispositif de la figure 5. L'installation représentée très schématiquement sur la figure 1 comporte un mandrin 1 d'axe horizontal,entralné en rotation par des moyens appropriés non représentés et sur lequel doit etre enroulé un fil métallique 2. Coaxial au mandrin 1 et solidaire en rotation de ce dernier est prévu un tambour 3 pour câble de compensation sur lequel est enroulé,en sens inverse du sens d'enroulement du fil 2 sur le mandrin l,un premier câble de traction 4. Dans l'application représentée et décrite présentement, il s'agit d'enrouler un fil 2 d'acier dur d'un diamètre compris entre 4 et 7 mm et d'une longueur de 4 mètres environ sur un mandrin 1 de 172 mm de diamètre, le diamètre du tambour pour câble de compensation 3 étant sensiblement égal à quatre fois celui du mandrin 1, soit 690 mm compte tenu du fait que le diamètre effectif moyen d'enroulement du fil sur le mandrin 1 est 172 mm plus le diamètre du fil fretté et que le diamètre effectif-moyen d'enroulement du câble sur le tambour est 690 mm plus le diamètre du câble de compensation Le premier câble de traction 4 passe sur une poulie folle 5 dont l'axe est fixe,puis sur une seconde poulie folle 6 mais dont l'axe 7 est déplaçable suivant une direction orthogonale à l'axe du mandrin 1 et sensiblement horizontale. Un dispositif de supportage de la poulie 6 est prévu et est constitué par exemplqpar une chape symbolisée en 8 portant une poulie 9 roulant sur un c ble-support 10 L'une des extrémités du câble 4 est fixée sur le tambour du câble de compensation 3 cependant que l'autre extrémité est ancrée sur un chariot de mise en tension et de réglage de la compensation 11 susceptible de se déplacer le long d'un axe 12 parallèle au câble-support 40. L'une des extrémités du fil 2 est ancrée sur le mandrin 1 cependant que l'autre extrémité est fixée à un second câble de traction 13,13a interposé entre le fil à enrouler 2 et la poulie 6. Un mouflage est interposé et constitué par une poulie folle 14 mobile sur l'axe de laquelle est fixé le câble 13. Sur cette poulie 14 passe la second partie 13a du second câble de traction,ancrée en un point fixe 15. Le câble 13a passe sur une poulie folle 16 dont l'axe est solidaire de l'extrémité d'un premier bras 17 d'une balance 18 dont l'autre bras 19,sensiblement horizontal et d'équerre avec le bras 17,porte une charge P. La balance 18 peut osciller autour d'un axe parallèle à l'axe du mandrin 1 et symbolisé en 20 sur la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté,le bras de levier 19 a une longueur sensiblement double de celle du bras delevier 17. L'autre extrémité du câble 13a est fixée à l'axe 7 de la poulie 6. Le chariot de mise en tension et de réglage de la compensation 11 comporte (figures 2 à 4) un bâti 21 guidé par un fer en I 22 à l'aide de galets de roulement 23. Le bâti 21 porte une noix 24 coopérant avec une tige filetée 25 montée dans des paliers 26 est entraînée en rotation par un groupe moto-réducteur 27. La tige 25 est parallèle à l'axe 12. L'extrémité du câble 4 est ancrée à la partie supérieure du bâti 21. Le dispositif de chargement (balance 18) est représenté plus en détail sur les figures 5 et 6. Le bras 17 portant la poulie 16 est constitué par deux montants 28 parallèles supportant un axe 29 sur lequel tourillonne la poulie 16. Le bras 19 est constitué par deux fers en U parallèles 30 recevant sur une plaque 31 la charge P (variable) et soudées aux montants 28. L'ensemble 28-30 est solidaire d'un axe 32 tourillonnant dans des paliers 33 montés sur un bâti fixe 34. Le fonctionnement de l'installation représentée et décrite ci-dessus est le suivant. Cette installation est plus particulièrement destinée au contrôle de la résistance à la corrosion sous tension de fils d'acier dur utilisés pour la réalisation d'armatures pour tuyaux en béton précontraint. Pour ce contrôle,on réalise des éprouvettes constituées d'un enroulement sur un mandrin suivant quelques spires non jointives, cet enroulement étant réalisé sous une tension T qui doit etre maintenue constante durant toute la durée du bobinage. Cette tension T est habituellement de l'ordre de 75% de la résistance minimale de rupture du fil garantie par le fournisseur. 2 Au début de l'opération de bobinage,l'extrémité du fil à tester/est fixée par des moyens appropriés classiques au mandrin l. > Du fait du rapport sensiblement égal à 4 entre le diamètre du tambour du câble de compensation 3 et celui du mandrin 1, de l'existence d'un mouflage sur le câble 13, 13a et du rapport (1/2) entre les bras 17 et 19 de la balance 18,une charge P sensiblement égale à T/2 est nécessaire pour l'obtention d'une tension égale à T sur le fil 2 en cours de bobinage. On a mentionné sur la figure 1 la valeur des tensions(en fonction de T) exercées sur les différents fil et câbles. Après avoir mis en place la charge P à l'aide par exemple de disques de fonte empilés,on règle la position du chariot 11 le long de l'axe 12 de manière que le bras 19 de la balance vienne sensiblement à l'horizontale. A cet effet,la balance 18 comporte un dispositif indicateur (non représenté) comprenant un index solidaire de la partie mobile et un repère fixe. Le déplacement du chariot 11 s'effectue par l'intermédiaire du groupe moto-réducteur 27 entraînant en rotation la tige 25 ce qui provoque le déplacement en translation de la noix 24 et donc de l'ensemble du chariot. Une fois la balance 18 équilibrée,le bobinage du fil 2 sur le mandrin 1 peut commencer. Au fur et à mesure que le fil 2 s'enroule sur le mandrin 1,le câble 4 se déroule du tambour du câble de compensation 3. On voit que le système est équilibré et que le couple moteur d'entraînement en rotation du mandrin est réduit du fait du couple contraire qui se développe. I1 y a donc récupération d'énergie. Le déroulement du câble 4 est absorbé par la poulie 6 qui se déplace en direction de la balance 18 et permet au fil 2 de s'enrouler. Etant donné le rapport entre les diamètres du tambour 3 et du mandrin l,la poulie 6 se déplace sur une longueur double de la longueur de fil bobinée sur le mandrin 1. Durant le bobinage,la balancel8 reste à l'équilibre si le diamètre du fil fretté est tel que le rapport du diamètre moyen d'enroulement du câble sur le tambour à celui du fil sur le mandrin soit exactement 4. Dans le cas contraire,la balance monte ou descend lentement et il faut la ramener à l'horizontale au moyen du chariot de mise en tension et de réglage de la compensation. Une fois la longueur de fil 2 désirée bobinee,on ancre le fil 2 sur le mandrin et l'on descend doucement la charge au moyen du chariot. Lorsque la balance prend appui sur le sol,la tension sur les câbles 4, 13, 13a et sur le fil 2 tombe à zéro et l'on peut alors couper le fil 2. En cas de rupture accidentelle du fil ou de glissement d'un ancrage pendant le frettage, la balance tombe sur le sol de quelques centimètres sans autre consequence,ce qui n'était pas le cas des installations traditionnelles à contrepoids. Les poulies 5, 6 et l6,îa balance 18 et le chariot Il sont avantageusement disposés dans une fosse à des fins de sécurité. Ceci réduit encore ltencombrement de l'installation. L'installation peut être simplifiée en supprimant la poulie 14 en sorte que les câbles 13 et 13a ne fassent qu'un, et en donnant au diamètre moyen d'enroulement du câble sur le tambour 3 une valeur égale à la moitié de celle du diamètre moyen d'enroulement du fil sur le mandrin 1 afin d'avoir une tension T/2 sur le fil 4. On peut donc jouer sur la charge P et l'augmenter ou la diminuer soit en modifiant le rapport des bras 17,19 ,soit en changeant le rapport des diamètres du tambour 3 et du mandrin I, tout en prévoyant des mouflages supplémentaires sur les câbles 4 ou 13,13a. Ainsi,en donnant zu diamètre moyen d'enroulement du câble sur le tambour 3 une valeur égale à 8 fois celle du diamètre moyen d'enroulement du fil sur le mandrin 1 et en doublant les poulies 14 et 16 de manière que le câble 13a passe deux fois sur les poulies 14 et 16,on peut donner à la charge P(en conservant le rapport 1/2 entre les bras 17 et 19) une valeur réduite à T/4 afin d'avoir la tension T sur le fil à tester. On pourrait aussi envisager d'ancrer l'extrémité du câble 13a sur la balance après passage sur les poulies 14 et 16 en désolidarisant la poulie 16 de la balance et en la rendant fixe. Par rapport au dispositif décrit,la charge sur la balance serait réduite de moitié mais le déplacement de la balance et du chariot 11 serait double. De même,on pourrait,dans le mode de réalisation de la figure 1, obtenir d'autres rapports de tension en interposant un mouflage entre les poulies 6 et 16. D'une manière générale la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes;elle peut par exemple entre . sans bien d'autres applications nécessitant le bobinage d'un fil quelconque sous une tension constante sur un support - quelconque. -REVENDICATIONS - 1.Dispositif d'enroulement sous une tension constante d'un fil sur un mandrin ou support quelconque2 comprenant un mandrin d'axe horizontal entraîné en rotation par des moyens appropriés, caractérisé en ce qu'il comporte un tambour pour câble de compensation coaxial au mandrin et solidaire en rotation de ce dernier,un premier câble de traction dont une extrémité est fixée sur ledit tambour, enroulé partiellement sur ce dernier et dont l'autre extrémité est fixée sur un chariot de mise en tension et de réglage de la compensation mobile le long d'un axe horizontal orthogonal à l'axe de rotation du tambour,ledit câble de traction passant sur une poulie folle mobile parallèlement à l'axe de déplacement du chariot,et un second câble de traction interposé entre l'extrémité libre du fil à enrouler et l'axe de ladite poulie,ledit second câble de traction sollicitant un dispositif de chargement du fil à enrouler permettant d'appliquer a celui-ci la tension désirée; 2.Dispositif suivant la revendication l,caractérisé en ce que le dispositif de chargement est constitue par une balance dont un bras supporte une poulie folle sur laquelle passe le second câble de traction et dont l'autre bras est susceptible de recevoir une charge réglable proportionnelle à la tension à exercer sur le fil et dont la valeur est avantageusement un sousmultiple de ladite tension. 3.Dispositif suivant la revendication 1 ou 2,caractéri- sé en ce que le diamètre moyen d'enroulement du câble sur le tambour est un multiple de la forme 2n(n étant un nombre entier) du diamètre moyen d'enroulement du fil sur le mandrin et le second câble de traction passe sur un mouflage,l'ensemble étant destiné à diminuer l'effort sur les câbles et celui à mettre en jeu pour déplacer ledit chariot. 4.Dispositif suivant la revendication lcaractérisé en ce que le dispositif de chargement est constitué par une balance, à un bras de laquelle est fixée une extrémité dudit second câble de traction et dont l'autre bras est susceptible de recevoir une charge réglable proportionnelle à la tension à exercer sur le fil,le second câble passant sur une première poulie d'axe fixe et une seconde poulie dont l'axe est solidaire de l'extrémité libre du fil à enrouler. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit chariot de mise en tension et de régla gede la compensation est constitué par un bâti portant une noix coopérant avec une tige filetée entralnée en rotation par un groupe moto-réducteur,des moyens étant prévus pour guider le bâti. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poulie folle mobile sur laquelle passe le premier câble de traction est portée par une chape coulissant le long d'un organe de soutien et de guidage parallèle à l'axe de déplacement dudit chariot de mise en tension et de réglage de la compensation 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit premier câble de traction passe sur une poulie folle fixe de renvoi.