Brevet FR2510032A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un procédé et appareil pour fabriquer des articles par enroulement de filaments et plus spécifiquement un tel procédé et appareil qui se caractérise par une capacité accrue de maintenir une largeur de bande de filaments constante pour une résistance et une précision de dimensions optimales de l'article fini. La popularité des techniques d'enroulement de fila- ments pour la fabrication d'articles finis ayant une résis- tance accrue augmente continuellement De telles techniques d'enroulement de filaments consistent généralement à enrou- ler des filaments de haute résistance disposés dans une matrice d'un liantautour d'un gabarit ou mandrin ayant une forme correspondant à la forme requise pour l'article fini et en durcissant ensuite la matière de la matrice. De telles techniques d'enroulement de filaments sont généralement mises en oeuvre sur des installations associées qui, en général, comprennent un dispositif pour soutenir et faire tourner le mandrin ou gabarit, un dispositif pour imprégner en continu une bande continue de matière filamen- taire au moyen d'un système de résine et une tête d'enrou- lement qui se déplace en un mouvement de va-et-vient le long de la longueur du mandrin tout en se déplaçant latéra- lement et à pivotement par rapport au mandrin pour maintenir une orientation convenable des filaments lorsque le filament imprégné est enroulé autour du mandrin. Il est généralement admis que pour empêcher la forma- tion de vides indésirables dans l'article fini et pour aug- menter la précision de dimensions de celui-ci, conserver une largeur de bande convenable pendant le procédé d'enroule- ment est impératif Dans les procédés et appareils connus dans la technique pour enrouler des filaments, un oeillet d'enroulement est utilisé pour guider la bande de filaments imprégnés vers le mandrin Lorsque de fortes densités de filaments (contact filament-à-filament) sont requises, il est généralement admis qu'un oeillet d'enroulement de forme curviligne est nécessaire L'oeillet d'enroulement établit un "angle d'enroulement" défini par cette partie de la bande de filaments s'étendant entre l'oeillet d'enroulement et le mandrin et l'axe longitudinal de cette partie de la bande pénétrant dans l'oeillet On comprendra que lors de l'en- roulement de filaments sur des formes symétriques telles que des cylindres, l'angle d'enroulement reste constant aussi longtemps que les positions relatives de l'oeillet d'enrou- lement et de l'axe de rotation-du cylindre restent constan- tes Cependant, on comprendra de même que l'angle d'enroule- ment variera pour un oeillet d'enroulement et un axe de man- drin fixes si la forme en section transversale du mandrin est asymétrique, par rapport à l'axe d'enroulement comme dans le cas o le mandrin a une forme en section transversa- le aérodynamique On peut voir que la variation de l'angle d'enroulement des fils, par rapport à l'oeillet d'enroule- ment, résulte en un changement significatif de la quantité de contact sur la ligne entre l'oeillet d'enroulement courbé et les fils Lorsque les fils sont tirés plus haut dans l'oeillet et que la quantité de contact sur la ligne avec l'oeillet augmente, la force normale sur l'oeillet est accrue ce qui augmente la comuposante de la force de réaction de l'oeillet agissant vers le centre de la bande et la largeur de la bande diminue Un angle d'enroulement des fils plus bas résulte en moins de contact sur la ligne avec l'oeillet, des forces de réaction de l'oeillet moindres vers le centre de la bande et la largeur de la bande augmente, Dans certaines installations modernes d'enroulement de filaments, la position de l'oeillet d'enroulement peut être continuellement ajustée pendant le procédé d'enroulement pour compenser les faibles variations de l'angle d'enroule- ment Cependant, un tel appareil d'enroulement de filament généralement n'a pas la capacité d'ajustement suffisante de la position de l'oeillet d'enroulement pour compenser des variations d'angle d'enroulement extrêmes rencontrées lors de l'enroulement de grands articles d'asymétrie élevée tels que les pales aérodynamiques de turbines éoliennes mentionnées ci-dessus. Par conséquent, il est un but principal de la présen- te invention de réaliser un procédé et un appareil amélioré pour l'enroulement de filaments avec lequel la largeur constante de bande de filaments est préservée. Il est un autre but de la présente invention de -3- réaliser un tel appareil et procédé avec lequel la largeur de bande de filaments est conservée malgré l'assymétrie extrême de la section transversale du mandrin. Il est un autre but de la présente invention de réa- liser un tel procédé et appareil qui peuvent aisément être adaptés aux techniques et appareils d'enroulement de filaments connus dans la technique. Il est encore un autre but de la présente invention de réaliser un tel procédé et appareil qui ajoute peu aux dépenses des procédés et installations d'enroulement de filaments connus. Selon la présente invention, le procédé d'enroule- ment de filaments comprenant les étapes de réaliser une ban- de continue de filaments allongés, traiter la bande au moyen d'une matière adhésive et faire passer la bande au travers d'un oeillet d'enroulement avant l'enroulement autour d'un mandrin, comprend l'étape de tirer la bande au travers d'un dispositif de guidage fixé par rapport à l'oeillet d'enroulement après le passage de la bande au travers de l'oeillet d'enroulement et avant l'enroule- ment autour du mandrin Toute variation de l'angle d'enrou- lement se produit entre le dispositif de guidage et le mandrin plutôt qu'entre le mandrin et l'oeillet d'enroule- ment Par conséquent l'angle d'enroulement à l'oeillet d'enroulement reste constant durant la totalité du procédé d'enroulement de filaments, garantissant ainsi une largeur de bande constante Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de guidage comprend une paire de barres droites généralement écartées entre lesquelles la bande de filaments est tirée de sorte qu'une variation de l'angle. d'enroulement à partir de ce dispositif de guidage ne résulte pas en une variation correspondante des forces de réaction transversales appliquées sur la bande par le dispositif de guidage, et ainsi la largeur de bande constant est maintenue. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faites aux figures suivantes o: La figure 1 est une vue en élévation schématique de l'appareil montré dans la figure 2 montrant divers -4- dispositifs de guidage pour manipuler une bande de filaments et un dispositif pour appliquer une matière adhésive sur la bande. La figure 2 est une vue partielle en perspective d'un dispositif d'enroulement de filaments employant la présente invention lorsque l'appareil est utilisé pour la fabrication d'un article ayant une forme en section transversale aérodynamique. La figure 3 est une vue en perspective schématique d'un oeillet d'enroulement curvilligne guidant la matière filamentaire vers un mandrin de section transversale asymétrique au cours d'un procédé d'enroulement de filaments connu dans la technique. Selon la présente invention, dans la figure 1 un appareil d'enroulement de filaments est montré généralement en 10, comprenant une tête d'enroulement 15, un dispositif pour former une pluralité-de filaments en une bande, un dispositif 25 pour traiter la bande de filaments avec de la matière adhésive o _b matière adhésive est appliquée au moyen d'un rouleau ou tambour 55 et un dispositif 30 pour guider la bande vers la tête d'enroulement Le disposi- tif 20 de formation de la bande, le dispositif 25 de trai- tement par de la matière adhésive et le dispositif de guidage 30 sont bien connus dans la technique d'enroulement de filaments et sont habituels dans les appareils d'enrou- lement de filaments connus et donc ne font pas partie de la présente invention Le dispositif 20 de formation de la bande comprend un Peigne 35 dont les dents s'étendent vers l'extérieur entre lesquelles sont tirées une pluralité de filaments allongés fournis à la machine à partir d'une plu- ralité de bobines de filaments (non représentées) d'une matière bien connue dans la technique Les filaments peu- vent être formés à partir de matières telles que S Glass, E Glass, Graphite, Kevlar etc. Des barres 40, 45 et 50 sont prévues pour maintenir une tension de bande convenable au voisinage du peigne. Le dispositif 25 de traitement pour la matière adhésive comprend un grand rouleau 55 fournissant la matière adhési- ve, partiellement immergé dans un bain 60 convenable de matière adhésive et tournant sur lui-même par frottement avec les filaments en contact sur sa surface, la rotation du rouleau dans le bain 60 ayant pour effet que la surface supérieure du rouleau est continuellement approvisionnée en matière adhésive qui est transférée aux filaments individuels lorsque les filaments passent au-dessus du rouleau Après avoir appliqué une matière adhésive conve- nable, on guide la bande de filaments vers la tête d'enrou- lemnent 15 au moyen du premier dispositif de guidage 30, comprenant des barres de tension 65, 70 et 75 arrangées selon une manière convenable Une forme 95 est soutenue de façon à pouvoir subir une rotation sur ses extrémités selon toute manière convenable et tourne au moyen d'un dispositif de commande convenable (non représenté) tel quun moteur électrique Une extrémité de la bande de filaments est fixée à la forme, la rotation de celle-ci tirant la bande au travers de la tête d'enroulement 15, lorsque la tête 15 se déplace en un mouvement de va-et- vient le long de la longueur de la forme, parallèlement à l'axe d'enroulement 97, (dans et hors du plan du dessin) déposant ainsi une pluralité de couches enroulées se recouvrant, de bandes traitées à la matière adhésive sur la forme, chaque couche comprenant une pluralité de tours obliques. Lorsque la quantité requise de matières filamentaires est enroulées autour de la forme, l'article résultant est cuit pour durcir la matière adhésive et la forme est enlevée selon une manière bien connue dans la technique. Dans la figure 2, la tête d'enroulement 15 comprend un chariot 100, qui, ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, se déplace en Lon mouvement de va-etvient parallèlement à l'axe d'enroulement lorsque la forme 95 tourne sur elle-même tirant ainsi h matière filamentaire au travers de la tête d'enroulement et autour de la forme de rotation. Typiquement, le chariot 100 comprend un peigne 105 compor- tant des dents orientées vers le haut entre lesquelles les fibres traitées à la matière adhésive sont tirées et un oeillet d'enroulement 110 au travers duquel les fibres sont tirées, l'oeillet consolidant latéralement les fibres en une bande généralement sans vide pour la déposer sur la -6 - forme 95. L'oeillet d'enroulement est monte sur une console 112 laquelle, avec le peigne 105 monté sur des rails 115 qui vont et viennent avec le chariot 100 Les rails sont montés sur un anneau rotatif 120 qui est à son tour monté sur le cadre 125 qui est verticalement ajustable sur un dispositif de glissement 130 orienté vers le haut Les rails sont pourvus d'une pluralité de creux 133 qui reçoivent les extrémités du peigne 105, l'écartement du peigne 105 de l'oeillet d'enroulement 110 étant en partie déterminant pour la largeur de la bande Ainsi qu'il est connu dans la technique, l'oeillet 110 consolide les fibres en appliquant à celles-ci une force de réaction vers l'intérieur, vers le centre de la bande durant la tension de la bande et du déplacement angulaire de la bande lorsqu'elle passe au tra- vers de l'oeillet Il sera compris qu'à cause d'une sorte d'effet de came entre les fibres de la bande et l'oeillet , lorsque l'angle d'enroulement varie, la force de réaction latérale exercée sur la bande parallèle varie également Dans la figure 3, la bande est continuellement enroulée autour de la forme 95, et on peut voir que dans la position de la forme 95 représentée par bstraits inter- rompus, la forme tire la bande filamentaire au travers de l'oeillet, celui-ci comprimant latérdement les filaments et une bande sensiblement constante Cependant, lorsqu'on tourne la forme de 1800 jusqu'à la position représentée en traits pleins, on peut voir que la bande est soulevée vers le haut Ceci augmente sensiblement le contact sur la ligne entre la bande et l'oeillet, augmentant ainsi la force norma- le exercée sur l'oeillet, provoquant une augmentation des forces de réactions latérales appliquées à la bande à partir de l'oeillet, diminuant ainsi la largeur de bande En supposant une largeur optimale correspondait à la position en traits interrompus de la forme 95, c'est-à- dire la largeur correspondant à un contact filament-à-filament côte- à-côte, on comprendra que le rétrécissement de la bande de la manière décrite résultera nécessairement en un tassage des filaments lorsque la bande est enroulée autour de la forme, provoquant ainsi des vides entre les bandes les plus -7- étroites résultant en vide dans l'article à enrouler et des déviations dans les dimensions souhaitées pour l'article. Bien que la capacité de l'oeillet d'enroulement 110 à se déplacer verticalement avec le cadre 125 et à pivoter avec l'anneau 120 peut, jusqu'à un certain point, compenser la déviation de la disposition angulaire de la bande par rapport à l'oeillet d'enroulement, ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, il a été déterminé que, lorsqu'on enroule des filaments sur des articles ayant une asymétrie extrême tels que des formes aérodynamiques, les installations existantes en général, n'ont pas une capacité de mouvement vertical de l'oeillet ou la quantité de mouvement disponible n'est pas adéquate. Le problème associé aux oeillets d'enroulement curvilignes est surmonté selon la présente invention, en utilisant un second dispositif de guidage 135 disposé entre l'oeillet d'enroulement et la formeet fixé par rapport à l'oeillet d'enroulement, ce second dispos tif de guidage guidant la bande filamentaire depuis l'oeillet d'enroulement et limitant angulairement la bande par rapport à l'oeillet d'enroulement, garantissant ainsi un angle d'enroulement constant (l'angle entre cette partie de la bande tirée depuis l'oeillet d'enroulement et l'axe longitudinal de cette partie de la bande qui est tirée dans l'oeil d'enrou- lement) Dans le mode de réalisation préféré, ln second dispositif de guidage comprend une paire de barres écartées et 145 L'écartement est imposé à une distance minimum pour garantir le passage libre des fils traités entre les barres Les barres sont montées, sur des éléments de char- pente 155 qui sont à leur tour montés sur une console 160 fixée sur la console 112 de l'oeillet d'enroulement Comme on peut le voir dans la figure 2, des écarteurs 165 peuvent être prévus pour obtenir un écartement optimal du second dispositif de guidage de l'oeillet d'enroulement. Dans le procédé d'enroulement, après le passage de la bande filamentaire au travers de l'oeillet d'enroulement, la bande passe au travers du second d Epositif de guidage. Il sera compris que ce second dispositif de guidage main- tient un angle d'enroulement constant par rapport à l'oeil- -8- let pour maintenir ainsi une largeur de bande constante malgré les variations de l'orientation angulaire de cette partie de la bande s'étendant entre la forme 95 et les barres d'enroulement 140 et 145 Etant donné que les barres 140 et sont droites et n'exercent aucune force de réaction transversale sur la bande, des variations de l'angle d'enrou- lement à partir des barres ne résultent pas en une variation quelconque de la largeur de bande. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés et appareil qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. -9- Revendications: 1 Procédé d'enroulement de filaments pour fabriquer un article comprenant les étapes de réaliser une pluralité de filaments allongés continus, former une bande de ces filaments par juxtaposition de ceux-ci, parallèlement l'un à l'autre, traiter cette bande de filaments au moyen d'une matière adhésive de façon que cette matière adhésive soit prélevée par ces filaments, faire passer cette bande au travers d'un oeillet d'enroulement et enrouler ces filaments autour d'un mandrin pour former cet article, caractérisé en ce qu'il consiste à tirer cette bande au travers d'un dispositif de guidage 135 fixé par rapport à cet oeillet d'enroulement ( 110) après que cette bande soit passé au travers, ce dispositif de guidage 135 ayant pour effet que cet oeillet d'enroulement ( 110) communique un déplacement angulaire uniforme à cette bande pour mainte- nir l'uniformité de la largeur de bandequeie S que soiert Ies formes des mandrins asymétriques. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé,en outre, en ce que ce disositif de guidage ( 135) comprend une paire de barres ( 140, 145) comportant des parties écartées entre lesquelles cette bande est tirée. 3 Appareil pour fabriquer un article par enroulement d'une pluralité de fibres autour d'une forme par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, comprenant un dispositif 20 pour transformer une pluralité de filaments en une bande, un oeillet d'en- roulement ( 110) pour maintenir une orientation convenable 3 o de la bande nar rapport à cette forme ( 95), un premier dispostif ( 30) pour guider cette bande de filaments vers cet oeillet d'enroulement ( 110), caractérisé en ce que cet appareil comprend un second dispositif ( 135) disposé entre cet oeillet d'enroulement ( 110) et cette forme ( 95) et fixé par ranport à cet oeillet d'enroulement ( 110) pour guider cette bande depuis cet oeillet d'enroulement ( 110) et maintenir angulairement cette bande par rapport à cet oeillet d'enroulement ( 110) pour ainsi maintenir un angle d'enroulement constant de cette bande par rapport. à cet oeillet ( 110) lorsque cette bande est enroulée - autour de cette forme. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé, en outre, en ce que ce second dispositif de guidage ( 135) comprend une paire de barres ( 140, 145) comportant des par- ties écartées entre lesquelles cette bande filamentaire est recue.