Brevet FR2599501A1 — publié le 19871204

L'invention concerne un appareil pour tester la résistance au clivage de tubes en carton, notamment pour les tubes destinés à servir de mandrins de bobinage utilisés, par exemple, dans l'industrie de l'imprimerie. I1 est connu de bobiner des feuilles de papier sur des mandrins constitués par des tubes en carton. De telles bobines sont manutentionnées par des appareils adaptés pour saisir par l'intérieur les extrémités des tubes servant de mandrins de bobinage. De même, les bobines, notamment dans l'industrie de l'imprimerie, sont disposées sur des machines de débobinage ou des rotatives en vue de dérouler les bobines pour l'impression de la feuille de papier et/ou son découpage et/ou son pliage, etc. A cet effet, les machines utilisées pour maintenir les bobines 15 comportent deux bras qui viennent s'introduire dans les deux extrémités du tube en carton servant de mandrin de bobinage et qui calent ce dernier au moyen de têtes d'expansion munies de mors capables de faire saillie vers l'extérieur. Les têtes d'expansion sus-mentionnées sont montées libres en rotation, de telle sorte 20 que la bobine peut tourner librement au fur et à mesure de son débobinage. I1 est clair que les mandrins de bobinage sont soumis à de très fortes contraintes, dues au poids de la bobine, à la vitesse et la durée de son débobinage, à la pression exercée par les têtes 25 d'expansion et, parfois, aux contraintes de freinage des têtes d'expansion qui se bloquent en rotation, en cas, par exemple, d'arrêt d'urgence alors que la bobine présente une énergie cinétique importante. Les caractéristiques des tubes de carton choisis pour 30 servir de mandrin de bobinage sont donc importantes et, jusqu'à présent, la matière utilisée, l'épaisseur des tubes et les autres paramètres de fabricationsont choisis de manière empirique avec pour seul test de résistance, l'essai réel en fonctionnement, en partant de la constatation empirique qu'un tube ayant résisté au35 delà d'un temps donné, en fonction du poids de la bobine, il devait résister tout le temps de son utilisation. Il a été constaté que les tubes carton servant de mandrins de bobinage se détruisent par clivage ou délaminage de la matière au bout d'une durée qui est fonction des contraintes mentionnées ci-avant et plus particulièrement en fonction du poids de la 05 bobine. On peut en effet observer qu'au fur et à mesure de la rotation de la bobine (généralement très rapide), chaque zone du mandrin, qui tourne avec ladite bobine, est soumis alternativement à des efforts très différents, l'écrasement dû au poids s'effectuant seulement lorsque ladite zone est tournée vers le 10 haut. Il existe déjà des appareils pour tester la résistance des tubes à la compression, au fléchage, à la dureté -(par billage par exemple). Ces essais sont utiles mais très insuffisants lorsqu'il s'agit de déterminer les caractéristiques d'un tube destiné à 15 servir, notamment, de mandrin de bobinage. C'est pourquoi l'inventeur a imaginé un appareil destiné à tester la résistance au clivage des tubes en carton qui sont, à cet effet, découpés sous forme d'échantillons ou d'éprouvettes. L'appareil selon l'invention est remarquable en ce qu'il 20 comporte un mandrin de calage qui est monté libre en rotation, au moins un manchon pour chaque diamètre extérieur différent des éprouvettes et dont le diamètre intérieur est voisin et au moins égal audit diamètre extérieur des éprouvettes, de manière que pour chaque éprouvette, corresponde au moins un manchon destiné à loger 25 ladite éprouvette, le mandrin de calage étant adapté pour recevoir, en la calant, chaque éprouvette entourée d'un manchon correspondant, tandis qu'une courroie d'entraînement est prévue pour être tendue entre ledit manchon et un dispositif d'entratnement, afin de pouvoir entraîner en rotation l'ensemble 30 constitué par le mandrin de calage, une éprouvette et un manchon. L'appareil selon l'invention reconstitue les contraintes auxquelles sont soumis, notamment, les mandrins de bobinage, les manchons représentant matériellement les bobines dont le poids est simulé par la tension de la courroie d'entraînement. Avantageusement, le diamètre intérieur d'un manchon est très légèrement supérieur 'au diamètre extérieur des éprouvettes correspondantes. Généralement, ce jeu sera toujours le même quel que soit le diamètre intérieur de l'éprouvette à tester et sera, par exemple, d'environ 2/10 de mm, ce qui n'empêche pas une 05 introduction à force des éprouvettes dans lesdits manchons. De préférence, plusieurs manchons sont prévus dont les diamètres extérieurs sont tous identiques quels que soient leurs diamètres intérieurs. De cette façon, il est possible de tester plusieurs 10 éprouvettes ayant des diamètres extérieurs différents, alors que la vitesse d'entraînement pourra être constante, étant donné le diamètre extérieur constant des manchons. Selon un mode de réalisation,]le mandrin de calage est un mandrin à mors expansibles vers l'extérieur afin de caler sous une 15 certaine pression chaque éprouvette à tester. De préférence dans ce cas, la mandrin de calage est muni d'un moyen de réglage et de mesure de la pression exercée par ses mors sur les éprouvettes. Afin de simuler des poids différents de bobines, la 20 courroie d'entraînement peut être munie d'un moyen de tension réglable. Avantageusement,]e mandrin de calage est muni d'un dispositif de freinage et le dispositif d'entraînement de la courroie d'entraînement d'un système de débrayage, tandis qu'un 25 volant d'inertie agissant sur ladite courroie d'entraînement est prévu, afin de tester la résistance des éprouvettes au freinage. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif d'entraînement comporte un moteur muni d'un arbre d'entraînement relié par une courroie de transmission à une poulie de 30 transmission qui est montée libre en rotation mais qui est solidaire en rotation avec-une poulie d'entraînement, elle-même en prise avec la courroie d'entraînement. De préférence alors, les poulies de transmission et d'entraînement sont calées sur un axe de rotation commun, ce 35 dernier et l'axe du mandrin de calage étant parallèles et disposés dans un plan sensiblement horizontal, tandis que l'arbre du moteur 2599S0 1 d'entraînement est disposé sensiblement à l'aplomb de l'axe de rotation des poulies. Avantageusement aussi, le moteur est fixé sur une plaque support montée pivotante sur un bâti, tandis que l'axe de rotation 05 des poulies de transmission et d'entraînement est monté dans des paliers qui sont fixés sur ladite plaque support, laquelle est reliée de manière articulée à un vérin, destiné à agir sur ladite plaque et donc sur l'axe de rotation, afin de régler la tension de la courroie d'entraînement, en modifiant l'entraxe compris entre 10 ledit axe de rotation et l'axe du mandrin de calage. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une élévation schématique d'un appareil selon l'invention, - la figure 2 est une vue en plan de dessus de la figure 1, partiellement en coupe, - la figure 3 est une vue agrandie, partiellement en coupe, de l'extrémité du mandrin de calage supportant une éprouvette et un manchon, - la figure 4 est une- coupe selon IV-IV de la figure 3. L'appareil selon l'invention est fixé sur un bâti 1 (figures 1 et 2) et comporte un mandrin 2 (figures 2 à 4) dont l'une des extrémités est montée libre en rotation dans un palier 30 3, fixé au bâti 1 au moyen d'un support annulaire 4 (figure 2). Le mandrin 2 est muni, à son extrémité libre, de mors 5 (figures 2 à 4) expansibles vers l'extérieur par tout moyen connu, aménagé dans le palier 3, et manoeuvrable, par exemple, par un écrou ou une vis 6 (figure 2) qui permet en outre un réglage de la 35 pression de serrage des mors 5, comme il sera précisé ci-après. Un moteur d'entraînement 7 muni d'un arbre rotatif 7' de sortie (figure 1) est fixé sur une plaque support 8, sensiblement verticale qui est articulée, d'une part, de manière pivotante en 9 au bâti 1 (figure 1) et, d'autre part, au moyen d'un étrier 10 et d'un axe 11 à la tige 12 d'un vérin pneumatique 13 (figures 1 et 05 2). Le cylindre du vérin 13 est en outre articulé de manière pivotante autour d'un axe 14 du bâti (figures 1 et 2). Sensiblement à l'aplomb et au-dessus de l'arbre moteur 7', est aménagé un axe 15 monté libre en rotation dans des paliers 16 et 16' solidaires de la plaque support 8 (figure 2). L'axe 15 est 10 parallèle à l'arbre 7' et à l'axe géométrique du mandrin 2 avec lequel il définit un plan sensiblement horizontal, tandis que sur ledit axe 15, sont calées deux poulies 17 et 18 (figure 2). Entre l'arbre moteur 7' et la poulie 17, est tendue une courroie de transmission 19 (figure 1). Pour tester des tubes en carton, on découpe des tranches destinées à servir d'échantillons ou d'éprouvettes. L'invention prévoit de disposer d'une pluralité de manchons tels que 20 sur les figures 2, 3 et 4. Tous les manchons peuvent présenter avantageusement le 20 même diamètre extérieur et divers diamètres intérieurs, en fonction des éprouvettes à tester, comme il sera dit ci-après. Généralement, le diamètre intérieur des éprouvettes, lorsqu'il s'agit de tester des mandrins de bobinage, est standard, de telle sorte que leurs diamètres extérieurs seront différents du 25 seul fait des épaisseurs différentes des éprouvettes, mais il est clair que le diamètre extérieur des éprouvettes peut être quelconque. Chaque éprouvette 21 (figures 2, 3 et 4) à tester est introduite dans un manchon 20 correspondant, c'est-àdire ayant un 30 diamètre intérieur au moins égal au diamètre extérieur de ladite éprouvette. L'inventeur a toutefois trouvé avantageux de prévoir une cote supérieure d'environ 2/10 de mm pour le diamètre intérieur du manchon, dans sa partie destinée à être en contact avec l'éprouvette, par rapport au diamètre extérieur de ladite 35 éprouvette (ce jeu étant de préférence le même pour toutes les éprouvettes et les manchons correspondants). Sur la figure 2, la -2599501 longueur de l'éprouvette 21 est identique à la longueur du manchon 20. Toutefois, à titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3, une éprouvette légèrement plus courte que son manchon, ce qui permet notamment de prévoir éventuellement (comme le montre ladite 05 figure 3) un jeu plus important entre les diamètres sur les entrées du manchon, en facilitant ainsi l'emmanchement de l'éprouvette. Lorsque l'éprouvette 21 est logée dans son manchon, l'ensemble est disposé sur le mandrin 2 (figures 2, 3 et 4), et on 10 agit sur la vis de réglage 6 pour assurer l'expansion des mors qui exercent alors une certaine pression sur la paroi interne de l'éprouvette. Une courroie de transmission 22 (figures 1 et 2) est alors tendue entre le manchon 20 et la poulie 18. Le vérin pneumatique 13 permet de régler la tension de la courroie 22 en basculant plus ou moins le support 8 qui pivote en 9 sur le bâti 1, ce qui modifie l'entraxe entre l'axe géométrique du mandrin 2 et l'axe 15 des poulies 17 et 18. Le moteur 7, par l'intermédiaire de son arbre 7', de la 20 courroie de transmission 19 et de la poulie 17, permet d'entraîner en rotation la poulie 18 (solidaire de l'axe 15) et ainsi la courroie 22. La courroie 22 entraîne alors en rotation l'ensemble constitué par le mandrin 2, l'éprouvette 21 et le manchon 20. Le manchon 20 représente matériellement une bobine dont le 25 poids est déterminé par la tension réglable de la courroie 22. De très nombreux types d'essais peuvent alors être effectués. Il est en effet possible de faire varier et régler, la pression exercée par les mors 5 (vis 6), la tension de la courroie 30 22 (vérin 13) et bien sûr aussi la vitesse d'entraînement de ladite courroie, en utilisant un moteur 7 à vitesse variable ou des poulies de divers diamètres pour la courroie 19 et qui scnt destinées à être calées sur l'arbre 7' (la position en hauteur du moteur 7 sur la plaque 8 étant alors éventuellement réglable). * Il est par exemple possible de mesurer la durée de vie (jusqu'à la destruction par- clivage ou délaminage) d'une tS99S0 1 éprouvette sous une tension constante de la courroie 22, ou de déterminer une valeur de rupture en faisant varier la tension de la courroie 22 en fonction du temps. D'autres moyens sont en outre prévus, tels qu'un 05 dispositif de freinage du mandrin 2 pour étudier le comportement de l'éprouvette en cas de freinage brusque (arrêt d'urgence par exemple). Dans ce cas, le moteur 7 est al6rs muni d'un dispositif de débrayage et l'axe 15 est pourvu d'un volant d'inertie afin d'effectuer des essais de résistance des éprouvettes au freinage 10 après avoir débrayé le moteur 7, le volant d'inertie simulant l'inertie d'une bobine en rotation. Il est toutefois possible que la poulie 17 soit choisie de manière convenable pour faire office de volant d'inertie. Dans le mode de réalisation représenté, la tension de la 15 courroie 22 est en fait fonction de la pression pneumatique du vérin 13, mais il est également prévu un réglage fin de la tension de la courroie au moyen, par exemple, d'un réa de renvoi disposé sur la courroie 22 et qui serait combiné avec un dynamomètre. L'invention qui concerne plus particulièrement des tests 20 pour déterminer la nature des tubes en carton à choisir pour constituer des mandrins de bobinage, n'est pas forcément limitée à cette application, mais peut également s'app]iquer aux essais de tubes soumis à des contraintes voisines ou semblables à celles des mandrins de bobinage. Enfin, de nombreuses variantes peuvent évidemment être imaginées. La disposition horizontale de la courroie 22 n'est pas obligatoire, le vérin 13 peut être hydraulique ou remplacé par tout autre moyen mécanique, de même que la vis de réglage 6 peut également être remplacée par un autre moyen... REVENDICATIONS 1) Appareil pour tester la résistance au clivage de tubes en carton, préalablement découpés sous forme d'éprouvettes (21), caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin de calage (2) qui est monté libre en rotation, au moins un manchon (20) pour chaque 05 diamètre extérieur différent des éprouvettes (21) et dont le diamètre intérieur est voisin et au moins égal audit diamètre extérieur des éprouvettes, de manière que pour chaque éprouvette, corresponde au moins un manchon destiné à loger ladite éprouvette, le mandrin de calage (2) étant adapté pour recevoir, en la calant, 10 chaque éprouvette entourée d'un manchon correspondant, tandis qu'une courroie d'entraînement (22) est prévue pour être tendue entre ledit manchon (20) et un dispositif d'entraînement, afin de pouvoir entraîner en rotation l'ensemble constitué par le mandrin de calage (2), une éprouvette (21) et un manchon (20). 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur d'un manchon (20) est très légèrement supérieur au diamètre extérieur des éprouvettes (21) correspondantes. 3) Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en 20 ce que plusieurs manchons (20) sont prévus dont les diamètres extérieurs sont tous identiques quels que soient leurs diamètres intérieurs. 4) Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mandrin de calage (2) est un mandrin à 25 mors (5) expansibles vers l'extérieur afin de caler sous une certaine pression chaque éprouvette (21) à tester. ) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mandrin de calage (2) est muni-d'un moyen (6) de réglage et de mesure de la pression exercée par ses mors (5) sur les 30 éprouvettes (21) . 6) Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la courroie d'entraînement (22) est munie d'un moyen de tension réglable (13). 7) Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, _599501 caractérisé en ce que le mandrin de calage (2) est muni d'un dispositif de freinage et le dispositif d'entraînement de la courroie d'entraînement (22) d'un système de débrayage, tandis qu'un volant d'inertie agissant sur ladite courroie d'entraînement 05 est prévu, afin de tester la résistance des éprouvettes au freinage. 8) Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comporte un moteur (7) muni d'un arbre d'entraînement (7') relié par une 10 courroie de transmission (19) à une poulie de transmission (17) qui est montée libre en rotation mais qui est solidaire en rotation avec 'une poulie d'entraînement (18), elle-même en prise avec la courroie d'entraînement (22). 9) Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce 15 que les poulies de transmission (17) et d'entraînement (18) sont calées sur un axe de rotation commun (15), ce dernier et l'axe du mandrin de calage (2) étant parallèles et disposés dans un plan sensiblement horizontal, tandis que l'arbre (7') du moteur d'entraînement (7) est disposé sensiblement à l'aplomb de l'axe de 20 rotation (15) des poulies (17 et 18). ) Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur (7) est fixé sur une plaque support (8) montée pivotante sur un bâti (1), tandis que l'axe de rotation (15) des - poulies de transmission (17) et d'entraînement (18) est monté dans 25 des paliers (16,16') qui sont fixés sur ladite plaque support (8), laquelle est reliée de manière articulée à un vérin (13), destiné à agir sur ladite plaque (8) et donc sur l'axe de rotation (15), afin de régler la tension de la courroie d'entraînement (22), en modifiant l'entraxe compris entre ledit axe de rotation (15) et 30 l'axe du mandrin de calage (2). -