Brevet FR2590244A1 — publié le 19870522

La présente invention se rapporte à un disposi- tif de bobinage pour enrouler une feuille en déplacement, par exemple une feuille continue de papier ou de carton, de manière à former une bobine de poids important, cette bobine étant soutenue par des supports qui assurent son appui périphérique. De façon typique pour des bobinoirs mo- dernes de ce type, des feuilles continues de papier sont en- roulées à une vitesse de défilement de feuille supérieure à 2000 m/mn. Lorsqu'on enroule des bobines de papier suppor- tées principalement par des appuis périphériques, les ré- actions aux appuis engendrent des surcharges qui provoquent des détériorations à l'intérieur des lourdes bobines. Des détériorations caractéristiques sont des rides et des rup- tures de feuille. Les détériorations sont provoquées prin- cipalement par la forte pression d'appui qui se produit dans le pincement entre la bobine enroulée et son ou ses rouleaux d'appui. La pression d'appui est engendrée par le propre poids de la bobine et par la charge exercée par le rouleau de chevauchement,si on utilise un tel rouleau. Une bobine de papier présentant de telles détériorations peut entraîner des difficultés importantes lors de l'utilisation, par exem- ple dans une presse d'impression. Souvent, les bobines en- dommagées sont refusées par les clients. L'art antérieur correspondant est décrit, par exemple, dans les brevets US 4 485 980, US 4 485 979 et US 4 456 190. Pour obtenir une bobine de bonne qualité dans un bobinoir à rouleau support, la pression de ligne ou de pincement entre la bobine et son rouleau support doit être au moins de l'ordre de 1 à 4 kN/m, selon la qua- lité du papier à bobiner. Si on utilise un rouleau support de petite di- mension, on dépasse la pression de pincement tolérée par la bobine, en particulier pendant la phase finale de l'en- roulement d'une grosse bobine. Cela résulte de ce qu'un petit rouleau support procure une surface d'appui très é- troite, donnant une pression de contact élevée pour un poids de bobine donné. En outre, des pointes locales de pression peuvent se produire, du fait d'une épaisseur irré- gulière de la feuille de papier dans la direction transver- sale de la feuille. On a essayé de diminuer la pression d'appui par augmentation de la dimension du rouleau sup- port mais cette disposition accroit les coûts de fabrica- tion et les dépenses d'exploitation, en raison de la plus grande inertie du rouleau. Par suite, une augmentation du diamètre du rouleau est avantageuse seulement jusqu'à une certaine limite. Cette limite a déjà été atteinte dans les bobinoirs connus à rouleau support. Un rouleau support engendre, dans la bobine sup- portée, des affaissements radiaux et parfois également des dislocations circonférentielles des couches de la bobine. Cela peut provoquer des ruptures et des rides dans la feuil- le. Une diminution de la pression de pincement réduit la formation des défauts de bobine qui dépendent de la pres- sion de pincement. Le brevet EP 157 062, correspondant à la demande de brevet US 529 512 de 1983, décrit un rouleau support à surface souple. Un tel rouleau réduit la pression de pincement mais engendre des problèmes de configuration dynamique puisque deux surfaces élastiques sont mises en contact mutuel dans un pincement, ce qui entraîne des pro- blèmes de stabilité et de génération de chaleur, On a essayé de diminuer là pression d'appui par utilisation de deux rouleaux d'appui. Un dispositif de ce type est décrit dans le brevet DE 3 121 039. L'utilisation de deux rouleaux d'appui permet de régler individuellement la pression d'appui à chacun des rouleaux. On obtient la répartition la plus régulière de la pression d'appui par utilisation de rouleaux d'appui de même diamètre, disposés symétriquement au-dessous de la bobine supportée, comme décrit dans le brevet US 4 456 190. Le brevet US 3 098 619 décrit l'utilisation d'une structure à pincement allongé au moyen d'une courroie ou bande, mais la longueur du pin- cement dans la direction circonférentielle de la bobine de papier reste constante, ce qui signifie que la bobine de pa- pier est supportée par une même surface d'appui, quelle que soit la dimension de la bobine. Ce procédé donne donc prati- quement le même résultat que l'utilisation de deux rouleaux d'appui disposés symétriquement. Dans les deux cas, la pres- sion d'appui croît jusqu'à une valeur souvent trop élevée lorsque la dimension de la bobine augmente, ou bien on doit arrêter le bobinage avant que la bobine ne devienne trop lourde. Le poids d'une bobine de papier peut également être repris en totalité ou en partie par un arbre support central. Cela permet de régler effectivement la densité de la bobine et la pression de pincement pendant toute l'opéra- tion de bobinage et on peut ainsi supprimer à un degré éle- vé les défauts de bobinage engendrés par une pression exces- sive de pincement d'appui (voir le brevet GB 2 142 909). Toutefois, on rencontre d'autres inconvénients dûs à la complexité entraînée par l'utilisation de supports séparés. Le brevet US 4 143 828 décrit un système à arbre support central comportant également des moyens d'appui à bande. Ce bobinoir est du type Pope à enroulement utilisant un arbre central rigide. Pratiquement, toute la charge d'appui est supportée par l'arbre. La présente invention a pour objet un dispositif dans lequel la pression excessive de pincement engendrée par le poids croissant de la bobine est supprimée, tout en conservant les avantages du bobinage usuel à rouleau sup- port. L'invention a également pour objet un dispositif dans lequel la pression de pincement d'enroulement est facilement réglable et la charge engendrée par le poids de la bobine est supportée par une grande surface d'appui. Le brevet DE 2 908 294 décrit un bobinoir dont certaines caractéristiques sont semblables aux caractéris- tiques de l'invention. Ce dispositif connu utilise deux rouleaux fixes alignés verticalement et un troisième rou- leau mobile qui est actionné de manière à remplir plusieurs fonctions, à savoir la fonction d'un rouleau de chevauche- ment, d'un rouleau d'appui et d'un organe de réglage dé- terminant la tension d'une bande d'appui. Le diamètre crois- sant de la bobine de papier détermine la position du rou- leau mobile et il en résulte que la fonction de rouleau de chevauchement du rouleau mobile est supprimée lorsque le bobinage progresse. Par suite, l'ensemble de la configura- tion d'appui change et la bobine de papier devient pratique- ment supportée seulement par le rouleau fixe inférieur et par le rouleau mobile. Ce changement est difficile à com- mander avec précision, ce qui signifie qu'il y a un risque important de pressions de pincement excessives non contrô- lées. Conformément à la présente invention, les objec- tifs ci-dessus sont atteints par un dispositif caractérisé en ce que les éléments d'appui comprennent un tambour de bobinoir rotatif, qui amène la feuille continue à la bobine, et un dispositif à bande d'appui mobile, ces éléments d'ap- pui étant agencés de manière à constituer le support prin- cipal de la bobine, le dispositif à bande d'appui compor- tant une bande d'appui dont une partie est située entre deux supports rotatifs, ladite partie de bande d'appui ayant une surface de contact avec la bobine qui procure un appui à la bobine, cette surface de contact étant prévue pour augmenter continuellement lorsque la taille de la bobi- ne augmente, afin d'éliminer le risque de détériorations de la bobine dues à une pression excessive d'appui lors de l'enroulement de grosses bobines. La dureté ou densité d'une bobine enroulée est déterminée par la pression de pincement, qui dépend du poids de la bobine. Ces paramètres sont réglés par détermination de la position relative de la bobine de papier, du tambour de bobinoir et des autres éléments d'ap- pui. Si on utilise un rouleau de chevauchement, sa charge est également réglée avec précision. On obtient les avanta- ges d'un bobinoir usuel à rouleau support, par maintien de la bobine de papier au niveau ou au-dessus du niveau de l'axe du tambour de bobinoir. Les caractéristiques d'appui de la bande d'appui sont ajustées par réglage de la tension de la bande et de la position relative des rouleaux qui supportent la bande. La partie d'appui de la bande d'appui s'allonge pendant une phase du bobinage, d'un pincement entre la bobine de papier et le premier rouleau support vers l'autre rouleau support. Ensuite, pendant une autre phase du bobinage, la partie d'appui de la bande s'étend dans les deux pincements, ou très près de ceux-ci, entre la bobine et les rouleaux sup- ports, de manière à supporter une grosse bobine sur une par- tie importante de sa circonférence. On peut également régler la répartition des forces d'appui par modification, en fonction de l'augmentation du diamètre de bobine, de la position du pincement entre la bobine et le tambour de bobinoir. La répartition des forces d'appui est également influencée du fait que la direction de charge du rouleau de chevauchement varie par rapport au tambour du bobinoir à cause du diamètre croissant de la bo- bine de papier. Pour obtenir le résultat de bobinage le plus fa- vorable dans un dispositif conforme à l'invention, cer- taines conditions géométriques doivent être remplies. L'ar- bre du tambour de bobinoir et l'arbre du premier rouleau support définissent un plan de référence et le deuxième rou- leau support est mobile par rapport à ce plan. L'angle en- tre une ligne passant par l'axe des rouleaux supports et le plan de référence doit être réglable à 45 vers le haut à partir du plan de référence, et du même angle vers le bas ou au moins à 15 vers le bas, Le plan de référence doit également être réglable de 420p environ par rapport à sa position normale. Cela peut être effectué par réglage de la position verticale du tambour de bobinoir ou du premier rouleau support. Le diamètre du tambour de bobinoir doit de préférence être de 3,5 à 1,5 fois le diamètre du premier rouleau support. Les rouleaux supports et la bande d'appui doivent reprendre au moins la moitié du poids de la bobine, déjà à un stade relativement précoce du bobinage. Lorsque le dia- mètre de la bobine dépasse 300 mm, le dispositif de bande d'appui doit reprendre de préférence au moins 60% des for- ces d'appui et finalement même 80%. Les forces d'appui com- prennent le poids de la bobine et la composante de charge verticale du rouleau de chevauchement. On règle la position du deuxième rouleau support et la tension de la bande d'appui de sorte que, pendant une phase de début du bobinage, la partie de contact d'appui de la bande d'appui augmente de façon continue. Ensuite, la bobine est supportée par le tambour de bobinoir, par les deux rouleaux supports et par la bande d'appui. La tension de la bande d'appui est réglée de sorte que le poids de la bobine,reçu par la bande d'appui entre les rouleaux supports, est réparti au moins sensiblement uniformément. La réparti- tion uniforme de la charge doit comprendre, dans la variante la plus favorable, également les pincements constitués par les deux rouleaux supports. L'appui est ainsi réparti sur une surface qui représenté au moins 10 fois la surface d'ap- pui du pincement d'un rouleau support dans un bobinoir usuel à rouleau support. Grâce à cette disposition, la pression de pincement agissant sur la bobine peut être réduite à % environ seulement et parfois même à moins de 10% de la pression de pincement d'un bobinoir du type décrit dans US 4 456 190. La pression maximale tolérée par une bobine de papier est de l'ordre de 4 à 12 fois la pression d'appui qui existe dans un dispositif conforme à l'invention. Par conséquent, l'invention permet de bobiner des bobines beau- coup plus grosses et plus lourdes que dans le cas de bobi- noirs usuels. En pratique, il a été possible de bobiner des bobines d'un poids de l'ordre de 3000 kg par mètre de lon- gueur axiale de bobine. Un exemple de la répartition calculée du poids est donné dans le tableau 1. TABLEAU 1 Densité de la feuille continue de papier 1200 kg/m3. Diamètre du noyau de la bobine 100 mm. Diamètre maximal de la bobine 1500 mm. Longueur axiale de la bobine 1 m. Légende des colonnes: A = diamètre de bobine (mm) B = poids de bobine (N) C = forces d'appui relatives en pourcentage du poids total de la bobine, a: bande d'appui, b: tambour de bobinoir; D = forces d'appui absolues (N), Fa Fb: tambour de bobinoir; A E = tension B de bande : bande d'appui, (N) ; C D a b Fa noyau - - - 300 850 95 40 810 500 2400 90 41 2200 600 3400 88 48 2990 700 4600 87 41 4000 800 6030 87 35 5250 900 7600 88 28 6700 1100 11400 89 20 10200 1300 16000 93 12,5 15000 1500 21200 96 7 20000 Pour des bobines de longueur différente de Fb 1 m, des colonnes B, D et E doivent être multipliées gueur de la bobine en mètres. faible les valeurs par la lon- Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- - tion comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- plément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté schématique d'un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente une partie de la figure 1, à plus grande échelle; les figures 3A, 3B et 3C illustrent des phases consécutives du bobinage; les figures 4A, 4B et 4C illustrent la répartition des appuis sur une bobine, dans certains cas typiques d'ap- pui. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Une feuille de papier continue 1 en mouvement est enroulée sur un noyau 3 pour former une bobine 2. La bobine tourne comme indiqué par une flèche 40 et elle est supportée par un tambour de bobinoir 4 et un dispositif à bande d'ap- pui 8. Le tambour de bobinoir 4 est supporté de façon tour- nante et il comporte un arbre axial 5. Il est également pré- vu un rouleau rotatif de chevauchement 6 comportant un ar- bre axial 7. Le dispositif 8 à bande d'appui comprend un pre- mier rouleau support fixe 10 et un deuxième rouleau support mobile 10a, tous deux tenus de façon tournante suivant leur axe respectif 23. Un bras support 18, qui peut pivoter au- tour d'un point fixe 23a, porte le rouleau support mobile a qui est réglable, comme indiqué par des flèches 16, par rotation du bras support 18 autour de son point fixe 23a. Il est également prévu un rouleau fixe 12 de'guidage de ban- de et un rouleau mobile 13 de tension de bande, tous deux supportés en rotation à l'endroit de leur axe respectif 23. Une bande d'appui sans fin 11 passe autour des rouleaux 10, 10a, 12 et 13. Cette bande peut être constituée d'une plura- lité de courroies placées côte-à-côte, Le rouleau de tension 13, déplaçable comme indiqué par des flèches 17, est porté par un levier mobile 18a qui peut pivoter autour d'un point fixe 23b. Le tambour de bobinoir 4 et le rouleau support 10 définissent un plan de référence 14 (figure 2). Le dispositif comprend des actionneurs hydrauli- ques ou pneumatiques 19, 19a et 20,20a. L'actionneur 19, 19a agit entre un élément fixe de châssis 9 et le bras support 18 de manière à régler la position du rouleau 10a. L'ac- tionneur 20, 20a maintient la tension de la bande par action entre le levier 18a et le bras support 18. Les actionneurs comportent des capteurs de pression ou de force 37 qui, par l'intermédiaire de liaisons 38, transmettent une information de pression ou de force à un dispositif de mesure et de com- mande (non représenté). Lorsque la bobine 2 atteint son diamètre maximal, elle est supportée par trois pincements 24, 25 et 35. Entre les pincements 24 et 25, la bande d'appui 11 comprend une partie 26 qui agit également comme un élément d'appui de bo- bine supportant une fraction importante de la charge pro- duite par le poids de la bobine 2 et par la charge du rou- leau de chevauchement 6, le cas échéant. La direction de charge du rouleau de chevauchement 6 est indiquée par les repères 27a-c. La figure 3A illustre le début de l'opération de bobinage. La charge 27a du rouleau de chevauchement 6 est toujours dirigée vers l'axe de la bobine 2. Pendant une phase initiale du bobinage, le tambour de bobinoir 4 et le rouleau support 10 assurent un appui, a l'endroit des pincements 35 et 24 respectivement. Sur la figure 3B, la bobine 2 est devenue beau- coup plus grosse et une partie de son poids est supportée par la partie d'appui 26 de la bande 11. La bobine 2 presse la partie dé bande 26 vers le bas. On règle la tension de la bande d'appui 11 de sorte que la pression entre la bo- bine 2 et la bande d'appui soit aussi uniforme que possible sur toute la surface de contact. La figure 3C illustre le commencement de la phase finale du bobinage. La charge de la bobine 2 et du rouleau de chevauchement 6, le cas échéant, est supportée par le tambour de bobinoir 4 et par toute la partie 26 de la bande d'appui 11 entre les pincements 24 et 25 des rouleaux sup- ports. Lorsque le bobinage est sur le point d'être terminé, l'angle 41 entre le plan-de référence 14 et le plan défini par les arbres des rouleaux 10 et 10a est de préférence compris entre 0 et 450, et l'angle 42 entre le plan de ré- férence 14 etune ligne horizontale est de 10 à 20 . La figure 4A illustre un agencement usuel de rouleau support. Toute la charge de réaction d'un rouleau support est transmise sous la forme d'une pointe de charge 29 à une bobine de papier 2 supportée à l'endroit d'un pin- cement d'appui 29a. Cela détériore facilement la bobine 2, en particulier si le poids total de la bobine dépasse 1,5 tonne/mètre. La figure 4B illustre un support conforme à l'in- vention. La bande d'appui 11 suit la surface de la bobine 2, à partir du pincement 24 et jusqu'au pincement 25. Il en résulte que la tension dans la bande d'appui 11 n'est pas la meilleure possible. Même si la partie de bande 26 supporte une partie principale de la charge totale comme in- diqué en 30b, des pointes de charge 30, 30a se produisent à l'endroit des pincements 24 et 25. Toutefois, ces pointes sont beaucoup plus petites que la pointe de charge de la fi- gure 4A et, dans la plupart des cas,elles n'atteignent même pas 50% de ce qu'elles seraient s'il n'y avait pas de ban- de d'appui 11 ou de tensiondans la bande d'appui 11. Par suite, la pression de surface agissant sur la bobine 2 est facilement maintenue dans des limites admissibles. L'agence- ment représenté sur la figure 4D convient pour des feuilles de papier fort ayant une compressibilité relativement faible. La figure 4C illustre ce qu'on considère comme le mode de réalisation le plus avantageux de l'invention. Par rapport à la situation illustrée sur la figure 4B, la ten- sion de la bande d'appui 11 est augmentée de sorte qu'une plus grande partie de l'appui est assurée par la partie de bande 26 et à un moindre degré par les pincements 24 et 25. La tension de la bande d'appui 11, la position relative du tambour 4 et des rouleaux 10, 10Ga et la charge du rouleau de chevauchement 6 sont réglées, en fonction de l'augmenta- tion de poids et de diamètre de la bobine 2, de sorte que, lorsque le diamètre de la bobine 2 dépasse 500 mm, la charge 31 est maintenue aussi uniforme que possible. Les variations de charge à l'intérieur de la surface d'appui doivent être au maximum de - 25%, et de préférence inférieures à - 10%. La répartition de pression peut varier légèrement dans la direction transversale sur la feuille continue 1, en fonc- tion des variations de profil de la feuille de papier, des variations de diamètre de la bobine, etc. Les figures 4B et 4C ont été simplifiées de sorte que la répartition de la charge est symétrique. Une réparti- tion non symétrique de la charge ne change pas les principes généraux de l'invention. A la place du dispositif 37, 38 de correction de tension de la bande d'appui 11, on peut mesurer et régler la tension, par exemple, sur la base du diamètre de la bo- bine de papier. D'autre part, la répartition de charge il- lustrée sur la figure 4C peut également être réalisée dans une situation correspondant à la figure 3B. On règle alors la tension de la bande d'appui 11 de façon à réduire la for- ce d'appui à l'endroit du pincement 24. Un autre mode de ré- alisation de l'invention est, par exemple, un agencement dans lequel le tambour de bobinoir 4 est remplacé par un agencement d'appui correspondant au dispositif 8 à bande d'appui. Dans ce cas, la bobine 2 reçoit un support par bande des deux côtés. Pour le guidage de la bande d'appui 11, on peut utiliser des rouleaux en forme de barillet, des colliers de guidage ou des cylindres couramment employés pour les cAbles et les feutres de machine à papier. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la pré- sente invention. Revendications 1. Dispositif de bobinage pour enrouler une feuille continue (1) en mouvement, telle qu'une feuille de papier ou de carton, de manière à former une bobine (2) de poids important, cette bobine étant soutenue par des sup- ports qui assurent son appui périphérique, caractérisé en ce que lesdits supports comprennent un tambour rotatif de bo- binage (4), qui amène la feuille continue à la bobine, et un dispositif (8) à bande d'appui mobile, lesdits supports étant agencés de manière à constituer le support principal de la bobine, ledit dispositif à bande d'appui comportant une bande d'appui (11) dont une partie (26) est située en- tre deux supports rotatifs (10,10a), ladite partie de bande d'appui ayant une surface de contact avec la bobine qui pro- cure un appui à la bobine, cette surface de contact étant prévue pour augmenter continuellement lorsque la taille de la bobine augmente, afin d'éliminer le risque de détériora- tions de la bobine dues à une pression excessive d'appui lors de l'enroulement de grosses bobines. 2. Dispositif de bobinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un rouleau de chevauche- ment (6) agencé de manière à pousser la bobine (2) contre ledit tambour de bobinage (4). 3. Dispositif de bobinage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine (2) bobinée dans ce dispositif est supportée à un niveau tel que son côté infé- rieur se trouve près d'un plan horizontal passant par l'axe (5) du tambour de bobinage (4),ou au-dessus de ce plan. 4. Dispositif de bobinage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le disposi- tif (8) à bande d'appui est agencé de manière à pousser la bobine (2) contre le tambour de bobinage (4), au moins pen- dant une phase de début du bobinage. 5. Dispositif de bobinage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dis- positif (8) à bande d'appui comprend une bande d'appui sans fin (11) disposée de manière k passer sur des rouleaux rotatifs dont l'un au moins (13) comporte des moyens (20, a) pour régler la tension de la bande et dont l'un au moins (10a) est réglable verticalement par rapport au tam- bour de bobinage (4) pour régler l'appui procuré à la bobine par la bande. 6. Dispositif de bobinage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pen- dant une phase de l'opération de bobinage, ladite partie (26) de bande d'appui entre deux supports (10,10a) est tendue de manière à accroître sa force de réaction agissant sur la bo- bine (2), de sorte que la pression de contact entre la bo- bine et lesdits supports diminue à une valeur qui est infé- rieure à la moitié de la pression d'appui qui existerait sans tension de la bande d'appui. 7. Dispositif de bobinage suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que la tension dans ladite partie (26) de la bande d'appui est augmentée pour réduire les pointes de charge d'appui à l'endroit desdits supports, de sorte que les variations de la pression d'appui à l'inté- rieur de l'ensemble de la surface de contact de la bande d'appui sont inférieures à - 25% de la valeur moyenne de la pression d'appui dans ladite surface. 8. Dispositif de bobinage suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier rouleau support (10) proche du tambour de bobinage (4) et un deuxième rouleau support (10a) plus éloigné du tambour de bobinage, et en ce que ce deuxième rouleau support comporte des moyens (19,19a) pour régler sa position verticale de manière à commander la répartition de la charge d'appui entre le tambour de bobinage, le pre- mier rouleau support et ledit deuxième rouleau support. 9. Dispositif de bobinage suivant la revendica- tion 8, caractérisé en ce que le diamètre du tambour de bobinage (4) est de 1,5 à 3,5 fois le diamètre des rouleaux supports (10,1Oa), 10. Dispositif de bobinage suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position verticale relative du tambour de bobinage (4) et du support le plus proche (10) est réglable. 11. Dispositif de bobinage suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (8) de bande d'appui est prévu pour supporter, au moins après une phase de début du bobinage, au moins 50% de la charge totale.