Brevet FR2583212A1 — publié le 19861212

Appareil pour enrouler un filament autour d'un gabarit La présente invention concerne un appareil pour enrouler un filament autour d'un gabarit. Dans son brevet GB n 2 001 400 la demanderesse a décrit un appareil (montré à la figure A) apte à la réalisation de joints de balais dans lequel un mandrin annulaire est monté rotatif sur des rouleaux et supporte deux plaques latérales annulaires sur ses faces latérales adjacentes à sa périphérie située radialement à l'extérieur. Le mandrin est aménagé pour passer au travers d'un support de filament annulaire qui est en forme de canalisation et sur lequel est enroulé un fila- ment connu en crin métallique. Le support de filament est supporté en rotation dans un ensemble de rouleaux, dont l'un est relié à un arbre d'entraînement pour faire tourner le support, et un agencement d'entraînement similaire est utilisé pour entraîner les rouleaux qui supportent le mandrin. La rotation du mandrin et du support de filament détermine une alimentation continue du crin depuis le support de filament (par l'intermédiaire d'une coulisse qui met les filaments sous tensions) et l'enroulement de ce crin autour du mandrin pour recouvrir les surfaces latérales extérieures de la pla- que latérale. Cet appareil, bien qu'il produise des joints adéquats, présente un certain nombre d'inconvénients dûs à sa concep- tion. Plusieurs filaments pour balais sont rassemblés sur le support, et ceci a pour résultat une tension inégale, des chevauchements et des casses de fil. La coulisse tend à adhé- rer et à glisser pendant le fonctionnement, ce qui provoque une tension inégale et des casses. Le mouvement erratique de la coulisse a également pour conséquence l'inexistence du con- trôle angulaire. Les filaments subissent pendant l'enroulement des changements de direction à rayons étroits qui rendent un traitement thermique subséquent indispensable pour que les filaments n'aient plus aucune tendance à former des boucles dans le balai terminé. Le brevet mentionné ci-dessus décrit également un méca- nisme d'enroulement différent qui utilise de multiples filaments pour accélérer le processus d'enroulement (montré à la figure B). Dans ce mode de réalisation, huit bobines de filament sont montées sur le support et chaque bobine alimente le mandrin avec un filament pour balais. Les filaments provenant des bobines passent par des trous prévus sur un côté des plaques latérales du support de bobines pour être certain qu'ils res- sortent toujours dans le même plan et éviter des variations de l'angle d'enroulement à mesure que les bobines se dévident. Le support de bobines est relevable et est muni d'une fer- meture pour permettre de faire pénétrer le mandrin annulaire à l'intérieur de celui-ci. Ce mécanisme d'enroulement différent résout un certain nombre des problèmes associés à l'appareil décrit plus haut, mais certains problèmes subsistent et de nouveaux apparais- sent. Les filaments passent toujours par des changements de direction à rayons étroits qui rendent un traitement ther- mique subséquent nécessaire et/ou se traduisent par des casses de fil. De plus, le support est considérablement plus compliqué et difficile à charger avec des bobines de matériau filamentaire. Un but de la présente invention est de proposer un appa- reil de production de balais qui réduit et éventuellement élimine les inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, il est proposé un appareil pour enrou- ler un filament sur un gabarit, l'appareil comprenant un ou plusieurs moyens d'alimentation de filament montés sur un support annulaire apte à tourner autour d'un premier axe, des moyens de translation pour déplacer le gabarit par rap- port au support le long d'un parcours qui traverse le support, permettant ainsi à un filament d'être enroulé autour du ga- barit, le ou les moyens d'alimentation de filament comprenant une bobine rotative apte à recevoir une pluralité d'enroule- ments d'une longueur de filament, et un organe de guidage sur lequel passe le filament allant de la bobine vers le gaba- rit, l'organe de guidage définissant une surface cylindrique orientée radialement vers l'extérieur. La présente invention sera maintenant décrite plus parti- culièrement et seulement à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures A et B représentent l'art antérieur, la figure 1 est une vue générale d'une machine d'enroule- ment toroidale mettant en oeuvre la présente invention, la figure 2 est une vue plus détaillée de la présente invention, la figure 3 est une vue en coupe dans la direction des flèches A-A de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe passant par la poulie, en direction de la flèche B de la figure 3, la figure 5 est une vue en plan de la bobine et de la poulie en direction de la flèche C de la figure 3, la figure 6 montre la relation angulaire entre la poulie et le mandrin. La figure 1 représente une machine d'enroulement toroidale classique 10 qui met en oeuvre la présente invention. Un mandrin annulaire-12 est monté rotatif dans des rouleaux entraînés 14 et supporte deux plaques latérales annulaires (non représentées) sur ses faces latérales, adjacentes à sa périphérie située radialement à l'extérieur. Le mandrin 12 est agencé pour passer au-travers d'un support de filament annulaire 16 sur lequel est ou sont montés un ou plusieurs moyens d'alimentation de filament 18, représentés le plus clairement aux figures 2-5. Le support de filament 16 est monté rotatif sur un ensemble de rouleaux (non représentés) dont un ou plusieurs sont entraînés. Une charnière 20 et une fermeture 22-24 sont prévues dans le support 16 pour per- mettre au mandrin annulaire 12 d'être introduit à l'intérieur de ce support. La rotation du mandrin 12 et du support de filament 16 provoque l'alimentation continue depuis les moyens d'alimen- tation 18 d'un filament de crin 26 et son enroulement sur le mandrin 12 en vue de recouvrir sa surface extérieure. En référence aux figures 2 et 3, les moyens d'alimenta- tion de filament 18 comprennent une bobine 28 sur laquelle est enroulée une réserve de matériau filamentaire 26, une poulie 30 autour de laquelle passe le matériau filamentaire 26 et une console 32 comportant deux broches 34 et 36 sur lesquelles sont respectivement montées à rotation la bobine 28 et la poulie 30. Un circlip 36 et une rondelle de fric- tion 38 sont prévus pour retenir la bobine 28 sur la broche 34, alors qu'un agencement à écrou 40 et rondelle 42 (repré- senté plus clairement à la figure 5) est utilisé pour retenir la poulie 30 sur la broche 36. On comprendra cependant que tout moyen de retenue classique puisse être utilisé à cette fin. A la figure 4 est montré un ressort 44 qui sollicite la bobine 28 en contact avec la rondelle de friction 38 de ma- nière qu'une résistance, au moins partielle, soit opposée à la rotation de la bobine 28 et que le matériau filamen- taire soit mis sous tension quand il est envoyé vers le man- drin. En référence aux figures 4 et 5 en particulier, la rela- tion entre les positions de la bobine 28 et de la poulie 30 y est clairement illustrée. L'axe de rotation 46 de la bobine et l'axe de rotation 48 de la poulie sont disposés de façon à être orthogonaux, mais espacés l'un de l'autre. La poulie est disposée de manière que son plan de rotation principal soit tangent au diamètre moyen DMOYEN du matériau filamen- MOYEN taire 26 enroulé autour de la bobine 28, et par commodité son diamètre extérieur est disposé de manière qu'il soit situé à moitié de la dimension en largeur de la bobine 28. En fonctionnement, un toron de matériau filamnetaire 26 est prélevé de la bobine 28, passé autour de la poulie 30 (avec un angle d'enveloppement 9) et envoyé au mandrin 12. 2 5 8 3212 A mesure que le matériau filamentaire 26 se déroule de la bobine 28, il passe d'une extrémité de la bobine 28 à l'autre et l'angle d'enveloppement 8 passe de 8 MAX à MIN comme montré à la figure 4. On comprendra cependant que la poulie 30 puisse être située en toute position quelconque par rapport à la dimension en largeur de la bobine 28 sans modifier l'amplitude du changement d'angle d'enveloppement 9. A mesure que le diamètre du matériau filamentaire 26 enroulé sur la bobine 28 diminue de DMAX à DMIN, on comprendra que l'angle selon lequel la poulie 30 reçoit le matériau filamentaire 26 de la bobine 28, mesuré par rapport au plan de rotation prin- cipal 51 de la poulie 30, passe de A à A2. De préférence, la modification de l'angle de réception A1 de la poulie qui est due à la réduction de diamètre du matériau filamentaire dis- posé sur la bobine 28 entre DMAX et DMIN est sensiblement la même que la modification de l'angle de réception A2 de la poulie qui est due à la réduction de diamètre du matériau filamentaire sur la bobine 28 entre DMOYEN et DMIN. La relation entre les positions de la poulie 30 et du mandrin 12 est montrée le plus clairement à la figure 6. La poulie 30 est disposée de manière que son centre géométrique 52 coincide avec l'un ou l'autre des axes neutres de coupe du mandrin (X 1-X ou Y1-Y), la poulie 30 formant un angle avec ledit axe neutre dont la valeur est P. L'axe Y-Y est dans le même plan que le plan de rotation principal du man- drin 50 et passe par le centroide de la section du mandrin , alors que l'axe X-X est perpendiculaire à l'axe Y-Y et passe par le centroide de section qui est en un point à mi- chemin entre le diamètre interne et le diamètre externe du mandrin 12 quand il passe au-travers du support 16. Lorsque le support 16 tourne dans le sens de la flèche R en partant de la position A o son centre géométrique coin- cide avec l'axe X-X pour parvenir à la position B o son centre géométrique coincide avec l'axe Y-Y, l'angle selon lequel le filament quitte la poulie, mesuré par rapport à l'axe neutre le plus proche, varie entre & et-. L'angle & est supérieur à ' pour un mandrin 12 présentant une largeur W supérieure à son épaisseur t, comme montré à la figure 6. On comprendra que, nour réduire au minimum l'angle selon lequel le filament quitte la poulie, l'angle selon lequel la poulie est disposée par rapport à l'axe neutre le plus proche doit être à mi-chemin entre d et 1'. Si la poulie est disposée selon cet angle, l'angle selon lequel le filament quitte la poulie dans la position A (angley 1), mesuré par rapport au plan de rotation principal de la pou- lie, est égal mais opposé à l'anglet 2 selon lequel le fila- ment 26 quitte la poulie 30 par rapport au plan de rotation principal de la poulie 50 dans la position B. Selon cette disposition, le matériau filamentaire progresse d'un côté de l'embouchure 52 de la poulie vers l'autre, à mesure que la poulie 30 passe de la position A à la position B. De pre- férence, l'embouchure 52 de la poulie est conformée pour permettre ce mouvement sans que le fil s'effiloche. Un exemple d'un matériau filamentaire 26 pouvant être utilisé pour la production de joints de balais prévus pour des utilisations à haute température est un alliage de nickel vendu sous la marque déposée de HAYNES 25. On a constaté que, pour un filament d'un diamètre de 0,07 mm, l'angle selon leauel le filament 26 s'approche de la poulie 30 ou la quitte (A1, A2 ou B1, B2 respectivement) peut atteindre 44 et le diamètre de la bobine 28 et de la poulie 30 peut être seule- ment de 25,4 mm sans que le matériau filamentaire 26 ait be- soin d'un traitement thermique subséquent pour éliminer toute tendance à former des boucles dans le balai terminé. On com- prendra cependant que ces angles et ces diamètres varient avec les propriétés du matériau filamentaire 26. REVENDICATIONS 1. Appareil pour enrouler un filament sur un gabarit an- nulaire présentant un premier axe neutre (X-X), un second axe neutre (Y-Y) et un centro de de section, l'appareil com- prenant: un support annulaire, des moyens d'alimentation de filament comprenant une ou plusieurs bobines rotatives pour recevoir une pluralité- d'enroulements d'une longueur de filament et montés sur le support de manière à tourner autour d'un premier axe, des moyens de translation pour déplacer le gabarit par rapport au support le long d'un parcours qui traverse le support, et une poulie sur laquelle passe le filament allant de la bobine au gabarit, cette poulie présentant un plan de rota- tion principal et un centre géométrique, caractérisé en ce que la poulie (30) est positionnée de telle manière que,lorsque le centre géométrique (52) de la poulie (30) coïncide avec l'un ou l'autre des axes neutres (XX, Y-Y) du gabarit, la poulie (30) forme un angle par rapport audit axe. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gabarit (12) présente un diamètre interne et un dia- mètre externe, le centroide de section (50) est situé à mi- chemin entre lesdits diamètres interne et externe, le second axe neutre (Y-Y) est dans le même plan que l'axe de rotation principal du gabarit (12) et passe par le centroide de sec- tion (50), et le premier axe neutre (X-X) est perpendiculaire à l'axe (YY) et passe également par le centroide de section (50). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (P) formé par la poulie (30) avec ledit axe neutre est à mi-chemin entre l'angle maximal (ô) et l'angle minimal () selon lequel le filament (26) passe de ladite poulie vers ledit gabarit. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation de la poulie (30) est orthogonal à l'axe de rotation de la bobine (28), mais espacé de celui-ci. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de rotation principal de la poulie est tangent à un diamètre prédéterminé du filament (26) enroulé sur la bobine (28). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre prédéterminé est situé à mi-chemin entre le diamètre maximal (DMAX) et le diamètre minimal (DMIN) du filament (26) enroulé sur la bobine (28).