Brevet FR2432466A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne la fabrication et le bobinage de fils en matière thermoplastique tels que des fils de verre, et, en particulier le bobinage simultané de plusieurs fils simples sur un même support. Les fils de verre sont' fabriqués de façon connue par étirage mécanique de filets de verre fondu s' voulant des trous d'une filière. Ces filets de verre sont étirés en filaments continus par enroulement sur un support, appelé manchette, porté par un mandrin cylindrique ou broche tournant à grande vitesse. Avent d'atteindre la broche, les filaments passent sur un organe ensimeur, en vue de les revêtir d1un ensimage protecteur: puis ils sont rassemblés par des dispositifs d'assemblage et de guidage, tels que peignes ou roulettes, sous forme d'au moins un fil qui est bobiné sur la manchette à l'aide d'un organe de répartiticn ou d'encroisure, par exemple une hélice. Les filaments élémentaires issus dune même station de fibrage peuvent être rassemblés en un seul fil et bobinés sur une manchette unique, ou bien divisés en plusieurs groupes, dits nappes, pour former autant de fils simoles.Ceux-ci peuvent être bobinés simultanément sur des manchettes distinctes disposées bout à bout sur la même broche, à raison d'un seul fil par manchette ; on peut aussi enrouler plusieurs fils simultanément sur une même manchette pour constituer du "fil divisé". Les bobines de fils divisés comprennent un nombre de fils simples qui dépend du diamètre et du nombre de filaments issus de la filière ainsi que du titre de base souhaité, c'est à dire de la masse linéique de chaque fil simple. Comte tenu de la tendance à l'augmentation du nombre de trous des filières, il a été nécessaire, pour obtenir des fils simples présentant les titres de base habituels, de diviser les filaments en un plus grand nombre de groupes, mais cette division plus importante provoque souvent quelques difficultés lors du dévidage des bobines de fils divisés. I1 est important que le bobinage du fil ou des fils soit effectué le plus régulièrement possible pour obtenir un bon dévidage des bobines et éviter les difficultés telles que l'emmêlement et la rupture du fil provoqués souvent par la formation de boucles ou la montée en paquets, c'est à dire l'appel d'un grand nombre de spires de fil à la fois. De plus, dans le cas du bobinage de plusieurs fils sur un meme support, il est importent d'éviter le recollement des divers fils et d'obtenir un taux de séparation ou taux de divisiaimaximal des fils divisés : on appelle taux de division le rapport entre le nombre de fils simples qui est obtenu au dévidage et le nombre de fils simples initialement bobinés.Les valeurs plus ou moins élevées de taux de division sont liées au recollement partiel et tout à fait irregulier des fils entre eux au cours du bobinage, recollement qui s'accentue avec le grossissement des bobines et qui a donc conduit à limiter leurs dimensions et leurs poids. Plusieurs solutions ont été proposées dans l'art antérieur, en particulier pour élaborer des bobines de fils divisés tout en conservant une valeur élevée du taux de division. L'une d'entre elles, décrite dans le brevet américain US 3 901 455 consiste à utiliser entre la filière et la broche deux jeux d'organes de guidage, ou peignes, placés à deux hauteurs différentes. Le premier jeu de peignes est fixé juste au-dessous du rouleau ensimeur, tandis que le second jeu est situé en une position intermédiaire entre la première série de peignes et l'organe ou l'hélice de répartition des fils, ce second jeu étant relié à un mécanisme permettant de modifier sa position et de lui communiquer un mouvement oscillatoire en phase avec celui de l'hélice. Cependant, le second jeu de peignes décrit un arc de cercle au cours de son mouvement et la distance le séparant de l'organe de répartition qui se déplace en ligne droite n'est donc pas constante, ce qui provoque des variations de tension des fils.On notera de plus que ce dispositif comprend un système mécanique relativement compliqué pour le réglage de la position du deuxième jeu de peignes et pour son entraînement suivant un mouvement oseillatoire synchrone ; il représente donc une solution imparfaite compte tenu du peu de place disponible et des projections d'eau ou d'ensimage. Pour éviter ltemmêlement du fil au cours du dévidage des bobines, une autre solution,, décrite dansle brevet belge XE 857 692 consiste à associer à un guide-fil, ou peigne mobile situé juste en amont de l'hélice de répartition, un mécanisme permettant le déplacement du peigne au cours du bobinage de manière à maintenir constant l'angle déterminé par le fil entre ce peigne, l'hélice et le point où le fil s'enroule. Ce déplacement du peigne se superpose d'autre part à son mouvement de va-et-vient synchronisé et parallèle à celui de l'hélice de répartition. Toutefois la commande simultanée de l'ensemble de ces mouvements conduit à utiliser des mécanismes complexes ; de plus, la nécessité d'introduire les fils dans un peigne situé à proximité de l'hélice retarde ou complique l'opération de relance de la filière. Un autre procédé a aussi été décrit dans l'art antérieur (Brevet US 3 254 978), pour enrouler deux fils simples sur une seule bobine de manière à éviter la montée en paquets ou le dévidage simultané de plusieurs spires de fil qui provoque emmêlement et rupture. Le dispositif décrit permet de croiser périodiquement les deux fils entre eux, en contrôlant leur distance. Il comprend essentiellement un organe de guidage disposé parallèlement à l'axe de la broche, entre les peignes de regroupement des filaments et une hélice d'encroisure. Cet organe comporte deux fentes formées par trois barres ou trois éléments longitudinaux parallèles et espacés entre lesquelles on introduit les fils afin de les maintenir séparés et de limiter leur écartement maximum.Cependant, l'engagement des fils entre les barres très rapprochées présente l'inconvénient de compliquer considérablement les opérations de relance semi-automatique décrites par exemple dans la publication de brevet française FR 2 291 138. La présente invention a pour objet un dispositif permettant d'éviter ou de réduire les difficultés et les inconvénients des dispositifs connus, en particulier les inconvénients indiqués précédemment. Elle prévoit de plus des dispositions spéciales conduisant à des avantages particuliers. On sait que les difficultés lors du dévidage sont dues en général aux irrégularités d'enroulement du fil simple ou, dans le cas de bobines dites à " fils divisés ", aux recollements partiels et intempestifs des fils simples. Or, la Demanderesse a constaté que ces irrégularités résultent souvent du- fait que le fil ou les fils entrent en vibration sous l'action de organe de répartition qui leur communique un mouvement de va-et-vient le long de la broche.L'invention propose donc un moyen permettent à la fois d'obtenir un bobinage très régulier des fils et de diminuer au maximum le phénomène de vibration qui provoque un mouvement anarchique des fils, mouvement qui se superpose à leur mouvement de va-et-vient et gêne l'enroulement. Ce moyen permet aussi, dans le cas de fils divisés, d'enrouler une nappe de fils très étroite, de maintenir une distance entre fils pratiquement constante au cours du bobinage et d'éviter leur recoi- lement.Le dispositif de fabrication de fils en matière thermoplastique, notamment de fils de verre, permettant d'atteindre l'objet de l'invention comprend une filière recevant la matière fondue, une broche rotative assurant l'étirage des filets de matière issus des orifices de la filière et l'enroulement ultérieur du fil, au moins un dispositif d'assemblage et de guidage, tel qu'un peigne,pour regrouper en au moins un fil les filaments élementaires formés et guider le fil vers la broche, un organe de répartition placé au voisinage de la broche pour déplacer le fil et le répartir sur au moins une manchette portée par la broche.Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe d'a- mortissement dont l'une des faces est maintenue en contact permanent avec le ( ou les) fil, cet organe étant placé entre le dispositif de guidage et l'organe de répartition. L'organe d'amortissement est disposé de préférence parallèlement à l'axe de la broche et le fil,ou la nappe formée par les fils divisés,se déplace en glissent en permanence le long d'un des côtés dudit organe ou, à la limite, le long d'une arrête. Sa position est telle que l'amplitude du mouvement vibratoire du fil ou de la nappe est réduite de préférence à son minimum entre l'organe de répartition et l'organe d'amortissement amené au contact du fil. L'installation peut comporter un ou plusieurs peignes, ou autres dispositifs d'assemblage et de guidage, placés à différentes hauteurs à l'étage de fibrage ou de bobinage. Dans le cas de l'utilisation de plusieurs peignes, la position de l'organe d'amortissement-est définie dans la présente description par rapport au dernier peigne, souvent appelé peigne inférieur ou peigne de renvoi, c'est à dire par rapport au peigne le plus éloigné de la filière. La Demanderesse a pu mettre en évidence que le fil se déplaçant sur l'hélice de répartition a un comportement assimilable à celui d'une corde vibrante avec formation d'ondes stationnaires. Il est en effet possible d'admettre en première approximation que le fil ou la nappe de fils est fixé au niveau du peigne ou autre dispositif de guidage, et excité à une fréquence particulière par le fonctionnement propre de l'hélice de répartition. Bien que cette excitation soit très complexe du fait que l'hélice impose au fil deux mouvements , l'un sensiblement parallèle à l'axe de la broche et l'autre perpendiculaire à cet axe, le fil est soumis à un mouvement vibratoire présentent des noeuds et ventres de vibration.On a pu cependant établir que malgré la compléxité de l'excitation, le régime vibratoire du fil dépendait essentiellement, comme dans le cas de cordes vibrantes, de la masse linéique ou titre de ce fil, de sa tension et de la géométrie de fibrage, c'est à dire de la longueur du fil entre le dispositif de guidage et l'hélice de répartition.En conséquence, la position de l'organe d'amortissement en vue de modifier le régime vibratoire du fil simple ou des fils divisés pour en diminuer l'amplitude dépend aussi du titre du fil à fabriquer, de sa tension et de la géométrie de fibrage et cette position est déterminée et fixée au début d'une opération de fibrage-bobinage ou dès que l'on désire changer l'un des paramètres précédents.La détermination de la position de l'organe d'amortissement est effectuée par exemple par observation stroboscopique en suivent les variations d'amplitude du mouvement vibratoire du fil entre l'hélice de répartition et l'organe d'amortissement amené au contact du fil, en fonction des différentes positions dudit organe d'amortissement ; ce dernier est ensuite fixé à l'endroit donnant de préférence l'amplitude minimale. De façon plus précise, le procédé de règlage de l'installation conforme à l'invention consiste à éclairer le fil ou la nappe de fils, entre le dispositif d'assemblage ou de guidage et l'organe de répartition, au moyen d'un stroboscope réglé à une fréquence voisine, multiple ou sous multiple de celle du mouvement de l'organe de répartition, à amener l'organe d'amortissement au contact du fil et à le déplacer le long de ce dernier jusqu'à ce que l'amplitude de vibration du fil soit réduite de préférence au minimum entre l'organe de répartition et ledit organe d'amortissement. Dans le cas d'une nappe de fils divisés, l'organe d'amortissement est déplacé le long de la nappe jusqu'à l'obtention sur l'organe de répartition d'une largeur de préférence minimale de la nappe.L'organe d'amortissement est ensuite fixé pour toute la durée de l'opération de fibrage-bobinage dans la position donnant la largeur et/ou l'amplitude de vibration minimale. La position de l'organe d'amortissement, en hauteur et horizontalement, est telle que cet organe assure un contact permanent du fil sur hélice de répartition, avec un déplacement régulier et sans à coups sur celle- ci. D'autre part, la position de l'organe d'amortissement dans le plan horizontal est telle que la déviation de la trajectoire du fil est la plus faible possible pour éviter les inconvénients de tension excessive en aval de l'organe d'amortissement, mais cette déviation doit toutefois être suffisante pour permettre le contact permanent du fil avec l'hélice de répartition. Selon l'un des modes de réalisation préférés de l'invention, l'organe d'amortissement a la forme d'une barre rectiligne présentant au fil une surface arrondie. Toutefois, une barre légèrement courbe possédant, par exemple, une section carrée ou rectangulaire est aussi utilisable. Le matériau de construction de cette barre peut être tout matériau ne dégradast pas l'état de surface du fil, tel que -laiton ou CELORON ( résine pnéno- lique armée de fibres ). Il présente de préférence une surface soigneusement polie. la position de l'organe d'amortissement dans le cas de l'enroule- ment simultané de plusieurs fils pour former une bobine de fils divisés est déterminée selon les mêmes critères que ceux décrits précédemment et doit satis faire aux mêmes conditions. L'organe d'amortissement se se trouve donc placé entre le dispositif de guidage et 1' organe de répartition en une position telle que l'amplitudedu mouvement vibratoire de chacun des fils est réduite de préférence à sa valeur minimale entre organe de répartition et la zone de contact de la nappe de fils avec organe d'amortissement, de façon à éviter le recollement des fils entre eux.Il est cependant plus simple d'obaerver la largeur de la nappe formée par les fils à enrouler sur la manchette et de positionner l'organe d'amortissement en fonction de ladite largeur. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'organe d'amortissement est disposé de manière que les fils d'une nappe se déplacent, sans se croiser, en restant distants les uns des autres, la nappe étant de préférence la plus étroite possible au niveau de l'organe de répartition, jusqu'à la limite du recollement des fils. Cette condition relative à la largeur de la nappe de fils a une influence considérable sur la qualité du dévidage ultérieur des bobines de fils divisés. En effet, compte tenu de la forme ovoïde des gâteaux formés par enroulement des fils sur les manchettes, une réduction de largeur de la nappe au niveau de l'hélice de répartition permet d'obtenir une différence minimale de longueur entre les fils de ladite nappe, ce qui a pour conséquence de diminuer le risque de formation de boucles lors du dévidage. Parmi les autres avantages procurés par l'invention, on souligne en particulier que la simplicité de l'organe d'amortissement constitué d'une seule barre sur laquelle glissent les fils permet d'effectuer toutes les opérations de relance semi-automatique. De plus, la diminution de l'amplitude de vibration du fil ou des fils réduit d'une part le nombre de ruptures de filaments en cours d'étirage et d'autre part la consommation d'ensinag'e. En effet, les vibrations des filaments étant moindres, les projections d'ensimage se trouvent diminuées entre le dispositif de guidage, à savoir le peigne, et l'organe de répartition. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la suite de la description qui se rapporte à des formes de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Ces formes de réalisation particulières, décrites en référence aux figures 1 à 4, sont données à titre d'exemples non limitatifs; elles illustrent un dispositif de fibrage et de bobinage comprenant un organe d'amortissement placé comme défini précédemment. Les exemples sont relatifs à la fabrication de fils présentant des titres différents; ils mettent en évidence les avantages apportés par le dispositif selon l'invention par comparaison avec un dispositif ne comportant pas d'organe d'amortissement. Les figures i et 2 représentent en perspective une installation de fibrage et de bobinage utilisée pour la fabrication de fibres de verre continues. Les figures 3 et 4 sont des vues schématiquessde côté et de face,de la même installation. Le verre fondu maintenu en fusion dans une source d'alimentation s'écoule par les orifices d'une filière i sous forme de filets qui sont amincis et transformés en filaments élémentaires 2 sous l'influence de la force d'étirage produite par la broche 8. Les filaments 2 passent sur un rouleau ensimeur 3 puis sont conduits dans un dispositif d'assemblage et de guidage constitué de deux peignes de division 4 et d'un peigne de renvoi 5.Les peignes de division divisent les filaments en quatre groupes et les rassemblent pour former quatre fils référencés 6. Auprès passage dans le peigne de renvoi 5 qui maintient les quatre fils à distance l'un de l'autre, sous forme d'une nappe, ces fils sont bobinés sur la broche 8 par l'intermédiaire de l'organe de répartition 7. Celui-ci est constitué d'une hélice d'encroisure dont la rotation communique aux fils un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe de la broche et assure ainsi leur répartition le long de la broche pour former une bobine à quatre fils divisés. Sur cette installation connue et usuelle, les fils entrent en vibration entre le peigne de renvoi 5 et la broche 8 sous l'action de l'hélice et au lieu de se déplacer en restant distants les uns des autres, ils arrivent à se croiser et à se recoller de façon irrégulière. Comme précisé précédemment, ces inconvénients sont supprimés par l'introduction de la barre d'amortissement 9, de préférence parallèlement à l'axe de la broche, sur la trajectoire des fils de façon que ceux-ci se trouvent en contact permanent avec la barre et frottent légèrement sur elle entre le peigne de renvoi 5 et hélice d'encroisure 7. La barre d'amortissement est maintenue par un support non représenté que lton fixe sur l'ossature du tunnel de bobinage par boulonnage. Une vis de réglage coopérant avec une fente du support, ou tout autre système équivalent connu, permet de déplacer la barre et de la fixer dans la position désirée. La mise en place de la barre de manière adéquate a pour effet essentiel de modifier le régime vibratoire situé dans le plan perpendiculaire à l'axe de la broche et d'amortir les vibrations dans le plan parallèle au même axe. Sa position par rapport au peigne de renvoi 5 (ou peigne inférieur) et à l'axe de la broche a été déterminée par observation stroboscopique dans les exemples suivants, relatifs à la fabrication de fils de nature différente, qui sont enroulés sous forme de nappes de fils. Exemple 1 Des filaments de 10 tram sont étirés à partir d'une filière possédant 1600 trous. Ils sont réunis pour former 8 fils simples ayant un titre voisin de 40 tex, et répartis sur deux bobines sous forme de deux nappes de 4 fils. L'organe d'amortissement est une barre rectiligne et cylindrique d'environ 20mm de diamètre et 660 m de longueur.Les positions relatives de la barre, de l'axe de la broche, du peigne de renvoi et de l'hélice de répartition sont indiquées sur le tableau 1 en référence à la figure 4 qui montre les différences distances et les symboles correspondants. On a pu noter que la quantité d'ensimage consommé pour la fabrication de ce fil est considérablement réduite en présence de la barre d'amortissement placée tel que précisé dans ce tableau. Exemple 2 On forme des filaments de 14 pm à partir d'une filière de 1600 trous et on les rassemble de manière à obtenir 16 fils d'environ 40 tex chacun. Ces fils sont répartis sur deux bobines sous forme de deux nappes de 8 fils L'organe d'amortissement est identique à celui de exemple i et la nouvelle géométrie de fibrage, en particulier la position de la barre, est aussi indiquée dans le tableau I. TABLHU I Distances Y mm mm i p Exemples I 1 190 205 230 780 470 1 780 2 190 205 200 815 430 1 820 Les bobines ou gâteaux obtenus dans ces exemples sont ensuite dévidés pour former des assemblés sans torsion de 60 fils dits "stratifils". Les résultats de l'opération de dévidage sont donnés dans le tableau II en comparaison avec une operation de dévidage de fils fabriqués en l'absence de la barre d'amortissement.Ce tableau comparatif montre l'amélioration apportée par le dispositif selon 11 invention, en particulier en ce qui concerne le taux de séparation du fil divisé et le nombre moyen de ruptures du fil au cours du dévidage des gâteaux, pour I00 kg de fil dévidé. Tableau Il Exemple Exemple 1 Exemple 2 I I I I -avec sens avec sans avec Bobinage Stratifie barre barre barre barre Casses au dévidage des gateaux / 100 kg 3 i 4 0,5 aux de séparation 60 96 50 100 D'autre part, on a mesuré les quantités de "bourre' produites par les différents fils fabriqués dans les installations de fibrage-bobinage avec et sans barre d'amortissement par la méthode suivante : les fils à tester sont dévidés et dirigés dans une enceinte sous aspiration qui contient un tendeur à grilles et la quantité de bourre récupéré après passage de 500 mètres de fil est pesée. Cette mesure a montré que pour les fils de l'exemple i fabriqués en présence de la barre, la quantité de bourre diminue d'environ 15 Vo par rapport aux fils obtenus sans barre,tandis que pour l'exemple 2, la diminution est de 50 yO. Le frottement des fils sur la barre d'amortissement au cours du bobinage n'abaisse donc pas leurs qualités intrinsèques. Bien que dans les exemples décrits précédemment, l'organe d'amortissement ait été positionné de façon que le fil ou la nappe de fils soit en contact avec sa face avant, comme représentée sur les figures 2 à 4, il est possible de faire glisser les fils le long de la face arrière de l'organe d'amortissement comme montré sur la figure 1. On notera par ailleurs que dans le mode de réalisation preféré,ltor- gane d'amortissement est une barre rectiligne, mais cette barre peut cependant présenter une légère courbure, soit dans le plan horizontal, soit dans le plan vertical si cette courbure est suffisamment faible et permet néanmoins de maintenir l'amplitude minimale de vibration des fils au cours de leur mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe de la broche. Les avantages et les améliorations résultant de l'emploi et du positionnement particuliers de liorgane d'amortissement peuvent aussi être obtenus en utilisant deux barres rectilignes distinctes placées parallèlement à l'axe de la broche, mais décalées verticalement l'une par rapport à l'autre. Dans ce cas, les deux barres doivent être positionnées simultanément pour satisfaire aux conditions relatives à l'amplitude de vibration des fils, à leur contact avec l'hélice, et à leur tension en aval de chaque barre. L'organe de répartition des fils situé à proximité de la broche peut être soit une hélice d'encroisure comme décrit précédemment, soit un guide-fil qui se déplace parallèlement à l'axe de la broche. Mien qu'avec ce dernier les vibrations communiquées aux fils soient moins importantes qu'avec l'hélice, l'utilisation de la barre d'amortissement reste cependant avantageuse du fait qu'elle réduit notablement la consommation d'ensimage. REVEND ICAT IONS i. Dispositif pour la fabrication et le bobinage de fils en matière thermoplastique, notamment de fils de verre, comprenant une filière recevant la matière fondue, une broche rotative assurant l'étirage des filets de matière issus des orifices de la filière et l'enroulement ultérieur du fil, au moins un dispositif d'assemblage et de guidage pour regrouper les filaments élémentaires en au moins un fil et guider le fil vers la broche, un organe de répartition tel qu'une hélice, placé à proximité de la broche pour répartir le fil sur celle-ci,caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe d'amortis- sement (9), placé entre le dispositif de guidage (5) et l'organe de répartition (7), le dit organe d'amortissement étant maintenu en contact permanent avec le(s) fil(s). 2. Dispositif selon la revendication i, caractérisé en ce que l'organe d'amortissement est une barre placée parallèlement à l'axe de la broche. 3 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en e que la position de " organe d'amortissement est telle que l'amplitude du mouvement vibratoire du fil ( ou des fils) entre l'organe de répartition (7) et l'organe d'amortissement (9) amené au contact du fil est minimale. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre d'amortissement est rectiligne. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que organe d'amortissement (9) est disposé de manière que la largeur d'une nappe de fils divisés est minimale au niveau de l'hélice de répartition (7) jusqu'à la limite de recollement des fils. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position de l'organe d'amortissement dans un plan horizontal est telle qu'il provoque une déviation la plus faible possible de la trajectoire initiale du fil ou dela nappe de fils entre le dispositif de guidage (5) et l'organe de répartition (7). 7. Procédé de réglage du dispositif selon l'uns des revendications i à 6, caractérisé en ce que l'on éclaire le fil ou la nappe de fils divisés se déplaçant entre le dispositif de guidage (5) et l'organe de répartition (7) au moyen d'un stroboscope réglé à une fréquence voisine multiplie ou sousmultiple de celle du mouvement de l'organe de répartition, on amène l'organe d'amortissement (9) au contact du fil de façon à le dévier de sa trajectoire initiale, on déplace ledit organe le long du fil jusqu'à réduire l'amplitude de vibration de ce dernier de préférence au minium entre l'organe de répartition et l'organe d'amortissement. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on dé place l'organe d'amortissement le long de la nappe de fils divisés jusqu'à obtenir une largeur minimale de la nappe sur l'organe de répartition , sans recollement des fils.