Brevet FR2542331A1 — publié le 19840914

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réaliser des éléments élastiques ainsi que les éléments eux-mêmes fabriqués selon ce procédé. Plus particulièrement ces éléments élastiques seront non métalliques et en forme de ressorts hélicoidaux. La plupart des ressorts hélicoidaux sont métalliques. Leur obtention résulte d'une déformation, au moyen d'un outillage approprié, d'un fil métallique. Ils ne constituent pas, certes, l'ensemble des éléments longitudinalement élastiques au nombre desquels il faut ajouter tous les produits élastomériques à un ou plusieurs fils assemblés, mais en constituent la fraction principale dans de nombreux produits industriels. L'invention propose des produits susceptibles d'être substitués à des ressorts métalliques ou à des élé- ments élastiques en élastomère dans de nombreux cas d'utilisation en offrant par cette substitution des avantages importants, par exemple de légèreté en regard des produits métalliques ou de longévité en regard des caoutchoucs, qui permettent une optimisation des appareils dans lesquels ils interviennent. Ces produits sont des ressorts hélicoldaux réalisés à partir d'un matériau de base ni métallique, ni élastomérique se présentant sous la forme d'un fil d'une matière naturelle ou synthétique plastiquement déformable constitué d'un seul filament ou du groupement cohérent de plusieurs filaments ou fibres.Ce matériau pourra être une matière plastique (polyamide, polyester , polychlorure de vinyl...) ou une matière naturelle d'origine végétale (cellulose...) ou animale (boyaux, fibres laineuses...). Il est connu, notamment dans le domaine textile de modifier la géométrie de fibres synthétiques parallèles se présentant sans accident à l'état normal. Cette modification, appelée texturation, peut être réalisée au moyen de plusieurs procédés qui tous nécessitent une action mécanique sur la ou les fibres pour créer la déformation, puis une fixation de cette déformation au moyen généralement d'une action thermique et enfin un relâchement de l'action mécanique voire une action mécanique inverse de la précédente,#pour placer la ou les fibres à l'état libre qui conservent alors une partie de leur déformation. De telles fibres possèdent un pouvoir d'allongement élastique limité qui trouve une application dans l'industrie textile.En aucune manière celles-ci ne peuvent être considérées comme des ressorts, utilisables par exemple individuellement, leur utilisation impliquant l'association par des techniques textiles d'un grand nombre de fils. Pour ce qui concerne les ressorts hélicoïdaux en matière plastique, on connait plusieurs techniques de fabrication. L'une d'entre elles consiste à tailler dans la masse, par usinage, un ressort. Une seconde consiste à procéder à l'enroulement sur un mandrin d'un fil de matière plastique, à lui faire subir un traitement thermique pour fixer cette déformation et à retirer le mandrin de formage. Une troisième consiste à former le ressort par moulage ou injection.Outre les caractéristiques d'élasticité souvent médiocres de ces produits, la principale limite de ces techniques réside dans la faible longueur des produits qu'elles permettent d'obtenir du fait des contraintes technologiques apportées par l'outillage.On a également pense à transposer la technologie de fabrication des ressorts métalliques au matériau plastique en procédant à l'enroulement forcé d'un fil plastique sur un tourillon associé à des galets presseurs et entraîneurs de manière à former un ressort de grande longueur. Les ressorts ainsi obtenus, malgré les traitements thermiques qu'ils subissent au moment de et après leur fabrication, possèdent des caractéristiques élastiques médiocres et un diamètre extérieur trop important. La présente invention entend proposer une méthode et un dispositif pour fabriquer des ressorts hélicoïdaux en matière plastiquement déformable autre que le métal qui possèdent des contraintes technologiques beaucoup plus faibles que les techniques connues permettant ainsi de produire des articles dont les domaines d'application sont très étendus et très variés. A cet effet, le premier objet de l'invention réside dans un procédé de fabrication d'un élément élastique à partir d'un fil en matériau naturel ou synthétique monofilament ou fibreux plastiquement déformabLe, qui consiste à imprimer au fil placé sous une tension déterminée une torsion autour de son axe longitudinal entre un premier point d'entrai- nement et un second point d'immobilisation du fil en torsion, jusqu'à la formation de noeuds successifs qui placent progres sivement le fil dans une configuration hélicoïdale # spires jointives. Avantageusement, on déplace le second point d'immobilisation susdit par rapport au fil au fur et à mesure de la formation desdits noeuds. Ce déplacement est commandé par la position du dernier noeud formé. En outre, le fil étant en un matériau plastique, on peut procéder à ladite torsion soit à la température ambiante, soit à une tem- pérature supérieure à celle de transition vitreuse du matériau. Il pourra être avantageux, selon le procédé de l'invention, de procéder à un traitement thermique de l'élément élastique après la formation des noeuds appliquée soit avant détorsion résiduelle soit après celle-ci. Le second objet de l'invention consiste en un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé résumé ci-dessus qui comporte un organe d'entraînement en torsion d'un fil, un dispositif de tension de ce fil et, entre le dispositif de tension et l'organe d'entraînement, un organe verrouilleur de torsion déplaçable le long du fil. Ledit dispositif verrouilleur est constitué par un organe de révolution autour duquel le fil forme au moins un tour mort. En outre, il sera avantageux de monter fou ledit organe de révolution sur un axe de conduite. Par ailleurs, l'organe verrouilleur est entraîné le long du fil par un dispositif commandé par la position du dernier noeud formé. Dans un mode de réalisation ce dispositif commandé par la position du dernier noeud formé comporte un élément de poussée attelé à l'organe verrouilleur, dirigé du côté de l'organe d'entraînement et maintenu constamment au voisinage du fil pour être au contact du dernier noeud formé. Enfin le troisième objet de l'invention réside dans un ressort hélicoïdal à spires jointives dont le fil de base est en matériau naturel ou synthétique monofilament ou fibreux plastiquement déformable issu du procédé formant le premier objet susdit de l'invention remarquable du fait que son diamètre naturel est inférieur à trois fois l'épaisseur mesurée radialement du fil de base. Une variante de réalisation de ce ressort réside dans le fait que le fil de base est constitué au voisinage de sa fibre neutre d'un matériau différent du matériau fibreux susdit. Ce matériau peut être un filament électriquement conducteur de section faible par rapport à la section totale du fil. Ce peut être également une partie centrale evidée du fil. Enfin, le ressort selon l'invention peut avoir subi après sa formation un traitement mécanique au moyen d'un dispositif expandeur pour en ajuster son diamètre extérieur et son diamètre intérieur aux besoins d'utilisations précises. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-apres à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe illustrant le début de la mise en oeuvre du procédé selon 1 'inven- tion - la figure 2 illustre schématiquement la poursuite du procédé ainsi que le dispositif selon l'invention - la figure 3 est une vue d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 4 illustre par une coupe un ressort issu du procédé selon l'invention - la figure 5 est un schéma illustrant les possibilités de faire varier le diamètre du ressort de la figure 4 - la figure 6 est une vue partielle en coupe d'un ressort issu d'un fil composite. En se reportant tout d'abord à la figure 1 on voit un fil 1 attelé par l'une de ses extrémités au point la à un organe 2 rotatif pour lui imprimer une torsion autour de son axe longitudinal. Le fil est soumis à la tension T d'intensité réglable pour les raisons exposées ci-après entre une valeur juste suffisante pour empêcher le fil de prendre du mou et une valeur maximale qui sera fonction de la nature, des dimensions et des caractéristiques du fil. En un second point lb du fil 1 on a placé un organe 3,appelé verrouilleur de torsion, qui a pour fonction d'empêcher que la partie de fil située au delà du verrouilleur 3 par rapport à l'organe d'entraînement 2 soit tordue.On verra ci-après au moins une forme de réalisation de cet organe verrouilleur de torsion qui doit en outre pouvoir être déplacé le long du fil 1 dans le sens de l'éloignement par rapport à l'organe 2. Le matériau constitutif du fil 1 sera choisi parmi les matières naturelles ou synthétiques autres que le métal plastiquement déformables. Il s'agira de manière préférée de matières plastiques telles que des polymères linéaires bien connus notamment dans l'industrie textile (po lester; polyéthylène, polyamide, polyvinyle, polypropylène...). il peut s'agir également de fibres naturelles d'origine animale ou végétale. Le fil peut se présenter sous forme de monofilament ou d'un amalgame fibreux. Le principe du procédé de l'invention consiste à imprimer une torsion à la portion de fil comprise entre les organes 1 et 3 de manière qu'il se forme un premier noeud 4 (figure 2) suivi d'un second etc... le fil prenant alors une configuration hélicoïdale à spires jointives. On a constaté qu'un noeud se forme lorsque la torsion a atteint un certain nombre de tours, fonction de la longueur de la partie de fil soumise à cette torsion. Plus cette longueur est grande, plus le nombre de tours est important et la formation du premier noeud est aléatoire en ce qui concerne sa position. On a donc intérêt, au départ de rapprocher le plus possible l'organe verrouilleur de torsion 3 de l'organe d'entraînement pour circonscrire à une plage restreinte, l'endroit de formation du premier noeud. Il convient alors de reculer progressivement le long du fil l'organe 3 pour permettre la formation des noeuds successifs. Cette déformation étant consommatrice de fil, il convient de prévoir un déplacement de l'organe 3 par rapport au fil de vitesse supérieure à celle de la formation des noeuds. Par ailleurs, pour ne pas courir le risque d'une formation alëa- toire de noeuds, il convient de maintenir entre l'organe 3 et le dernier noeud formé une distance a sensiblement constante dont la valeur dépendra des caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du fil travaillé. Pour illustrer les fonctions générales qui viennent d'être énoncées, on a représenté sur la figure 2 un capteur 5 de la position du dernier noeud formé, relié à un dispositif de commande 6 d'un organe d'entraînement 7 de l'organe verrouilleur 3 le long du fil 1 dans le sens de la flèche A. On a voulu par là montrer que tout type d'asservissement entre la position du dernier noeud formé et celle de l'organe verrouilleur 3 est possible. Sur la figure 3 on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. Cette figure montre un exemple simple de réalisation d'un organe verrouilleur 3. Celui-ci est constitué par un corps de révolution 8 (une poulie ou un diabolo) sur lequel le fil 1 forme un tour mort. La friction du fil sur ce corps 8 constitue le blocage de la torsion. Cette poulie est montée folle en rotation sur un axe 8a auquel est attelé un étrier 9 comportant une partie 9a tournée en direction de l'organe d'entraînement. Cette partie 9a est constamment maintenue au contact du fil par son extrémité 10 et le dernier noeud formé 4 agit sur cette extrémité 10 en éloignant l'ensemble étrier diabolo de l'organe 2. Ainsi, en ayant déterminé la longueur de la partie 9a susdite de manière adéquate, on garde une portion de fil 1. constante en longueur, entre le verrouilleur 8 et le dernier noeud formé. On peut imaginer un diabolo 8 de diamètre et de longueur axiale telles qu'il soit seul suffisant pour accomplir la fonction ci-dessus décrite et soit lui-même repoussé le long du fil par le dernier noeud formé. L'axe 8a que l'on appellera axe de conduite, puisqu'il coopère avec l'étrier 9 de poussée, peut également coopérer avec un ou plusieurs guides longitudinaux 11, 12 parallèles au fil 1. Cet axe peut être également attelé à un organe d'entraînement le long de ces guides (par exemple l'organe 7 de la figure 2.) On a ainsi réalisé un corps se présentant sous forme d'une succession de spires jointives. Lorsqu'on arrête l'opération de torsion, on constate que, à une détorsion résiduelle près de quelques tours, la configuration obtenue est stable et le corps constitue un ressort dont l'allongement peut atteindre 100 % avant d'atteindre un point de transition auquel on détruit les spires. On notera que l'intensité de la tension T du ressort influence la valeur du pas de l'hélice. On a constaté également que le ressort obtenu possède un diamètre extérieur naturel minimal (inférieur à trois fois le diamètre du fil utilisé) qui confère au produit l'aspect d'un cordon, voire d'un fil avec donc toutes les possibilités d'utilisation du cordon ou du fil. Le procédé ci-dessus décrit peut comporter plusieurs phases complémentaires. On peut tout d'abord chauffer le fil 1 juste avant sa mise en torsion (four symbolisé en 13 sur la figure 3 qui serait par exemple mobile avec le dispositif verrouilleur) à une température qui, pour les matières synthétiques du type plastique, serait au-delà de la température de transition vitreuse du produit. On peut ensuite faire subir au produit fini un traitement thermique (chauffe et refroidissement contrôlés), soit pour fixer la détorsion résiduelle, c'est-à-dire, appliqué au produit maintenu en torsion, soit appliqué au produit après cette détorsion résiduelle, pour en modifier les caractéristiques mécaniques et élastiques en fonction de l'utilisation. Sur la figure 4, on représente en coupe un ressort 14 issu du procédé selon l'invention. L'une des caractéristiques de ce ressort résulte dans le rapport de son diamètre naturel Dn sur le diamètre du fil d qui est inférieur à 3. En d'autres termes, le diamètre intérieur Di du ressort 14 est inférieur au diamètre d du fil. Ces dimensions sont très avantageuses car elles ouvrent de nombreux domaines d'appli ation et ne peuvent pas être obtenues par des moyens classiques de formation de ressort notamment si ceux-ci doivent avoir une dimension longitudinale importante. Aucun des procédés connus n'autorise en effet la réalisation d'un ressort ayant une configuration proche d'un cordon ou d'un fil (faible diamètre et grande longueur) du fait de la nécessité d'utiliser une portion d'outillage interne à l'hélice (mandrin, tourillon...).La figure 5 montre que l'on peut, au moyen d'un traitement mécanique (un expandeur central 15), associé à un traitement thermique eventuellement, procéder à l'élargissement du diamètre du ressort ( de Dn à Da) en fonction des besoins de l'utilisation (par exemple le gainage de manches d'outil ou analogue). Enfin sur la figure 6, on voit que le fil de base 1 peut être composite et possèder au voisinage de sa fibre neutre,un matériau 16 de nature différente de celle du fil. Ce matériau sera d'une section petite par rapport à la section totale du fil de manière à ne pas modifier sensiblement les caractéristiques du fil lui conférant les propriétés de se déformer en application du procédé selon l'invention. Ce matériau pourra être, soit un filament électriquement conducteur, soit simplement un évidement du tube. On peut également envisager la mise en place d'une fibre optique, d'une fibre magnétique.... Les ressorts selon l'invention présentent de nombreux avantages. On citera parmi ceux-ci leur qualité d'inaltérabilité due au matériau employé lorsque celui-ci est en matière plastique. Leur caractéristique élastique est linéaire et se place avantageusement entre celle des ressorts métalliques et celle des fibres d'élastomère qui elle n'est pas linéaire. Par ailleurs, la section du fil de base peut être circulaire polygonale, elliptique,... Enfin, leur domaine d'application est très étendu allant des produits textiles ou analogues, aoux cordes vibrantes en passant par le gainage, le sanglage, les articles de sport, les mécanismes industriels, les meubles de plein-air, la literie.... L'invention trouve une application dans le domaine des éléments élastiques. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un élément élastique à partir d'un fil (a) en matériau naturel ou synthétique monofilament ou fibreux plastiquement déformable, caractérisé en ce qu'il consiste à imprimer au fil (1), placé sous une tension T déterminée, une torsion autour de son axe longitudinal entre un premier point d'entraînement (la) et un second point d'immobilisation (lb) du fil (1) en torsion, jusqu'à la formation de noeuds (4) successifs qui placent progressivement le fil (1) dans une configuration hélicoïdale à spires jointives. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplace le second point d'immobilisation (lb) susdit par rapport au fil (1) au fur et à mesure de la formation desdits noeuds (4). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement du point susdit (lb) est commandé par la position du dernier noeud formé (4). 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil (1) étant en un matériau plastique, on procède à ladite torsion à une température supérieure à celle de transition vitreuse du matériau. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après la formation des noeuds, on procède à un traitement thermique de l'élément élastique. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le traitement thermique est appliqué avant détorsion résiduelle. 7 - procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé après détorsion résiduelle. 8 - Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'entraînement (2) en torsion d'un fil (1), un dispositif de tension (T) de ce fil (1), et entre le dispositif de tension (T) et l'organe d'entraînement (2), un organe verrouilleur (3) de torsion déplaçable le long du fil (1). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif verrouilleur (3) est constitué par un organe de révolution (8) autour duquel le fil (1) forme au moins un tour mort. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit organe de révolution (8) est monté fou sur un axe de conduite (8a). 11 - Dispositif selon laune quelconque des revendications 8, 9, 10, caractérisé en ce que l'organe ver rouilleur# (3) est entraîné le long du fil (1) par un dispositif (7) commandé par la position (5) du dernier noeud formé (4). 12 - Dispositif selon la revendication 11, carac térisé en ce que le dispositif (7) commandé par la position du dernier noeud formé comporte un élément de poussée (9) attelé à l'organe verrouilleur (8), dirigé du côté de l'or- gane d'entraînement (2) et maintenu constamment au voisinage du fil (1) pour être au contact du dernier noeud formé (4). 13 - Ressort hélicoïdal à spires jointives dont le fil de base est en matériau naturel ou synthétique monofilament ou fibreux, plastiquement déformable, issu du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que son diamètre naturel Dn est inférieur à trois fois l'épaisseur b mesurée radialement du fil de base. 14 - Ressort selon la revendication 13, caractérisé en ce que le fil (1) de base est constitué, au voisinage de sa fibre neutre d'un matériau (16) différent du matériau fibreux susdit. 15 - Ressort hélicoïdal selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit matériau (16) est un filament électriquement conducteur de petite section par rapport à la section totale du fil. 16 - Ressort hélicoïdal selon la revendication 14 caractérisé en ce que le fil de base (1) est évidé (16) au voisinage de sa fibre neutre. 17 - Ressort hélicoïdal selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que son diamètre (Da) est supérieur au diamètre naturel (Dn) susdit à la suite d'un traitement mécanique au moyen d'un expandeur