Brevet FR2632293A1 — publié le 19891208

Dans l'industrie, il est parfois nécessaire - de disposer pour effectuer differents travaux de traitement de système générateur de tension de fil, simple, précis, stable, fiable, capable de debiter quelques mètres ou plusieurs centaines de Km de fil avec la même précision de tension. - de conserver cette tension à toutes les vitesses de traitement jusqu'à plusieurs dizaines de mètres par seconde indépendamment des accélérations de traitement. Généralement, dans l'état actuel de la technique de ces systèmes générateurs de tension, la tension est produite entre autre - soit par des systèmes à charge statique poids ou ressorts, - soit par des systèmes à charges dynamiques à partir de mecanismes entraînés par des moteurs. Ces deux types de générateurs sont peu précis, peu stables, ils présentent les inconvénients suivants, aussi bien à l'arrêt qu'en régime dynamique. Ils ne permettent pas d'établir avec une grande précision une tension prédéterminée et de la maintenir rigoureusement dans le temps. Ils ne permettent pas de soumettre un fil à une contrainte continue très précise, ni de connaitre la fatigue du matériau du fil dans le temps. Ils nécessitent généralement une régulation mécanique ou électrique ou electronique très coûteuse. Ils générent des tensions avec d'importantes imprécisions cycliques ou aléatoires, à cause des frottements, des temps de réponse, des régulations, des inerties diverses, de masse, de température etc... L'invention objet du présent brevet a pour but d'obvier à ces inconvénients en permettant notamment - d'allonger un fil d'une quantité prédéterminée (en millime- tre par mètre par exemple) et de la produire strictement a cette valeur à toutes les allures du traitement. - d'établir dans la section du fil utilisé une contrainte à une valeur prédéterminée (en mégapascal par exemple) et de la maintenir strictement à cette valeur à toutes les allures du traitement. - de générer la tension d'un fil à une valeur prédéterminée (en newton par exemple) de la maintenir rigoureusement à cette valeur à toutes les allures du traitement. - d'auto-générer et d'auto-entretWnir les trois fonctions cidessus, sans aucune régulation, sans aucune influence ni perturbation de frottement, de temps de réponse ou d'inerties diverses, à toutes les allures du traitement. La description ci-apres est donnée a titre d'exemple non limitatif de réalisation de l'invention. La figure 1 représente la vue en perspective du générateur de contrainte mécanique. La figure 2 représente le type de gorge de rainure avec les flancs en V et de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 3 représente en coupe un guide-fil différentiel auto-tenseur monobloc. La figure 4 représente la vue de gauche de la figure 3. La figure 5 représente la coupe d'un guide-fil différen- tiel auto-tenseurs à cylindres régulateurs amovibles. La figure 6 représente la vue de gauche de la figure 5. La figure 7 représente la coupe d'un guide-fil différenciel auto-tenseur à cylindres régulateurs multiples. La figure 8 représente la vue de gauche de la figure 7. La figure 9 représente en coupe le guide-fil diffërenciel à cylindres régulateurs et auto-tenseurs multiples. La figure 10 représente la vue de gauche de la figure 9. La figure Il représente en coupe le cylindre régulateur amovible en une seule pièce. La figure 12 représente la vue de gauche de la figure 11. La figure 13 représente en coupe le cylindre régulateur amovible en deux pièces à charnières goupillées. La figure 14 représente la vue de gauche de la figure 13. La figure 15 représente en coupe le cylindre régulateur amovible en trois pièces à charnières goupillées. La figure 16 représente la vue de gauche de la figure 15. La figure 17 représente le type de gorge de rainure avec fond circulaire, et de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 18 représente le type de gorge de rainure avec les flancs en V et de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 19 représente le type de gorge de rainure avec fond circulaire, et de profondeur égale au rayon du fil. La figure 20 représente le type de gorge de rainure avec profil trapézoïdal et de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 21 représente un générateur de contrainte avec trois cylindres différentiels auto-tenseurs. La figure 22 représente un générateur- de contrainte avec quatre cylindres différentiels auto-tenseurs. Le générateur de contrainte mécanique décri ci-apres comporte deux guides-fils A et B fig. 1, identiques assemblés sur un bâti classique avec paliers et moteur entraînant les axes 4. Un guide-fil A ou B fig. 1 comporte un arbre de rotation 4.4 sur laquelle sont assemblés trois cylindres étagés rainurés 1, 2, 3, les cylindres 1 et 3 dits régulateurs ont le même diamètre, le cylindre médian 2 dit auto-tenseur a un diamètre plus grand que les cylindres 1 et 3. L'entraxe C et le diamètre du cylindre 2 sont déterminés par les besoins du traitement, le diamètre des cylindres 1 et 3 est calculé à partir de l'entraxe C et du diamètre du cylindre 2 en fonction de l'allongement du fil 13 capable d'établir dans la section du fil 13 utilisé pour le traitement la contrainte choisie à l'intérieur de la limite d'élasticité correspondant au matériau constituant le fil 13 de traitement. Les surfaces 7, 8, 9 Fig 3 des cylindres 1, 2, 3 Fig 1 sont revêtues d'une couche anti-usure 11 de matière plastique connue de caractéristiques adaptées au traitement. Les surfaces 7, 8, 9 des cylindres 1, 2, 3 comportent des rainures 10 circulaires contenues dans des plans perpendiculaires à l'axe 4 ; ces rainures 10 sont usinées dans l'épaisseur de la couche 11. L'écartement L de ces rainures 10 est fonction du traitement pour lequel sont construits les guides-fils. Le nombre de ces rainures 10 est fonction du traitement pour lequel sont construits les guides-fils. La profondeur P des rainures 10 et la forme de leur section Fig 2 est fonction du traitement et du fil 13 pour lequel sont construits les guides-fils. La modification des qualités de dureté de surface des guides-fils et des faces des rainures est fonction du fil utilisé et du travail demandé au générateur, le revêtement peut être effectué à partir de dépôt de micro épaisseur de carbure ou de céramique métallique. Deux enrouleurs-dérouleurs identiques, bidirectionnels, de type connu, l'un situé à l'entrée du générateur assure l'approvisionnement en fil, l'autre situé à la sortie du ge- nérateur assure le rembobinage du fil utilisé. Pour chacun des trois cylindres des deux guides-fils, l'origine de la numérotation des rainures est du côte de l'entrée du fil. Parmi tous les parcours possible celui décrit ci-dessous est donné à titre d'exemple non limitatif. Le fil 13 est approvisionné en R à partir du dispositif de déroulement ( dérouleur enrouleur ) du haut vers le bas. I1 est engagé verticalement dans la première rainure du cylindre régulateur 1, après 1/4 de tour de contact, il quitte cette rainure horizontalement en partie inférieure pour être engagé dans la première rainure en partie inférieure du cylindre régulateur 31 ou il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie supérieure ou il quitte cette rainure horizontalement pour s'engager en partie supérieure dans la deuxième rainure du cylindre 1 ou il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie inférieure, il quitte cette rainure horizontalement pour s'engager en partie inférieure dans la deuxième rainure du cylindre 31 ou il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie supérieure, et ainsi de suite jusqu'a la dernière rainure en partie supérieure en D du cylindre 31. Du point D du cylindre 31 le fil transite en E dans la première rainure du cylindre 3 auto-tenseur ou il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie inferieure, il quitte cette rainure horizontalement pour être engagé en partie inférieure dans la première rainure du cylindre auto-tenseur 32 où il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie supérieure en F, il quitte cette rainure horizontàlement pour être engagé en partie supérieure en G dans la deuxième rainure du cylindre 2 auto-tenseur, et ainsi de suite jusqu'à la dernière rainure du cylindre 32 auto-tenseur en H, d'où le fil va transiter dans la première rainure en I du cylindre régulateur 3 où il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie inférieure, il quitte horizontalement cette rainure pour être engagé en partie inférieure dans la première rainure du cylindre 33 régulateur ou il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie supérieure en J, d'où il ira horizontalement en K, et ainsi de suite jusqu'en partie inférieure de la dernière rainure du cylindre régulateur 33 ou il est enroulé d'un quart de tour jusqu'en M pour quitter le générateur de contrainte verticalement en S de bas en haut vers le dispositif d'enroulement ( dérouleur enrouleur ) du fil sortant. La vitesse de rotation des deux guides-fils et. les variations de cette vitesse sont strictement synchronisées. Durant la transition du point D au point E le fil subi en continu l'allongement géomètriquement fixé par la différence des diamètres entre les cylindres régulateurs et autotenseurs. Du point E jusqu'au point H le fil est donc allongé de la valeur qui a servi à calculer les dimensions du générateur de contrainte. Cet allongement produit dans le fil la contrainte recherchée en donnant la force de tension désirée, ces trois valeurs, allongement, contrainte, tension, sont liées entreelles par les lois bien connues de l'élasticité. En conséquence, ces trois valeurs seront rigoureusement produite et auto-entretenues à toutes les vitesses quelles que soient les accélérations ou le sens de fonctionnement du générateur. Durant la transition du point H au point I 11 allongement précédamment effectué entre D et E est strictement annule ainsi donc que la contrainte et la tension. Le générateur de contrainte est conçu parfaitement symétrique pour assurer un fonctionnement identiquement bidirectionnel. Les cylindres régulateurs 1 et 31 ont un nombre de rainures suffisant pour éviter le glissement du fil du point D vers le point E, de même que 3 et 33 évite au fil d'être tiré de I vers H. Les cylindres régulateurs 1 et. 31 amortissent les petites variations de tension eventuellement produites par le dérouleur de fil à l'entrée. Les cylindres régulateurs 3 et 33 amortissent les petites variations de tractions éventuellement produites par l'enrou- leur de fil à la sortie. Les cylindres auto-tenseurs effectuent l'allongement (donc contrainte & tension) et le maintiennent rigoureusement quel que soit le sens de rotation des guides-fils. A titre d'exemple d'application, ce générateur de contrainte de tension peut notamment servir - pour effectuer des essais et test de vieillissement pour différents matériaux par fatigue sous contraintes de tension et de flexion composées cycliques, en régime dynamique en vitesse variable, par exemple pour tester les fils en acier constituant les cables des manipulateurs des centrales nu cléaires. REVENDICATIONS 1 - Générateur de contrainte de tension Fig.1 caractérisé en ce qu'il est constitué, dans un premier mode de réalisation, de deux guides-fils monoblocs identiques A & B à cylindres différentiels auto-tenseurs permettant, de générer dans la section d'un fil une contrainte de tension à une valeur prédéterminée, de l'auto-entretenir rigoureusement à cette valeur à toutes les allures du traitement ainsi que durant les accélérations ou ralentissements. Chacun des guides-fils fig. 1 comporte un arbre de rotation 4.4 sur laquelle sont assemblés trois cylindres étagés rainurés 1, 2, 3, fig.l les cylindres 1 et 3 dits régulateurs ont le même diamètre, le cylindre médian 2 dit auto-tenseur a un diamètre plus grand que le diamètre des cylindres 1 & 3. L'entre-axe C & le diamètre du cylindre B sont déterminés par les besoins du traitement, le diamètre des cylindres 1 et 3 est calculé a partir de l'entre-ase C et du diamètre du cylindre 2 en fonction de l'allongement du fil 13 capable d'établir dans la section du fil 13 utilisé pour le traitement la contrainte choisie à l'intérieur de la limite d'élasticite correspondant au matériau constituant le fil 13 de/en traitement. Les surfaces 7, 8, 9 Fig.3 & 4 des cylindres 1, 2, 3 sont revêtues d'une couche 11 anti-usure de matière plastique connue de caractéristiques adaptées au traitement. Les surfaces 7, 8, 9 Fig. 3 & 4 des cylindres des guidesfils comportent des rainures 10 circulaires contenues dans des plans perpendiculaires à l'arbre 4 ; ces rainures 10 sont usinées dans l'épaisseur de la couche 11. L'éCartement L de ces rainures 10 Fig. 3 & 5 est fonction du traitement pour lequel sont construits les guides-fils. Le nombre de ces rainures 10 est fonction du traitement pour lequel sont construits les guides-fils. La profondeur P des rainures 10 et la forme de leur section Fig. 2 & 17 à 20 est fonction du traitement et du fil 13 pour lequel sont construits les guides-fils. La loi de HOOKE de la résistance des matériaux donne à partir de cette contrainte de tension, la force de tension et l'allongement correspondant. La génération et la relaxation cyclique de cette contrainte de tension produit dans le temps la fatigue par écrouissage qui augmente la fragilité du matériau constitant le filez traitement. 2 - Générateur de contrainte de tension suivant. revendications N"1 caractérisé en ce que les guides-fils du générateur sont construits en trois parties, la partie 16 Fig.9 constituant les arbres z Fig 5 & 6 le cylindre auto-tenseur rainuré et les deux portées cylindriques 23 recevant les cylindres régulateurs amovibles constitues par des bagues monoblocs rainurées Fig.6 qui sont fixées et immobilisees sur les portées cylindriques 23 par un dispositif de blocage connu. 3 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 & 2 est caractérisé en ce que les cylindres régulateurs rainurés amovibles sont realisés en deux demi-coquilles Fig. 13 & 14 à assemblage par clavettes coniques, ou autres moyens connus, assurant le montage fretté des régulateur amovible sur les portées cylindriques 23 Fig. 5 & 6. 4 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications i & 2 est caractérisé en ce que les cylindres régulateurs rainurés amovibles sont réalisés en trois tiers de co quilles Fig. 15 & 16 à assemblage par clavettes coniques, ou autres moyens connus, assurant le montage fretté des régulateurs amovibles sur les, portées cylindriques 23 Fig. 5 & 6. 5 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 & 4 caractérisé en ce que les cylindres régulateurs rainurés sont étagés Fig. 7 & 8 suivant des diamètres donnant une série de tensions prédéterminées. 6 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 4 & 5 caractérisé en ce que les guides-fils A & B sont remplacés; pour accélérer la fatigue par écrouïssage et et augmenter la fragilité du matériau constituant le fil; par deux guides-fils organisés suivant Fig. 9 par une sucession de cylindres régulateurs 21 et de cylindres auto-tenseurs 22 les diamètres différentiels sont calculés pour établir dans la section du fil la contrainte de tension prédéterminée et le nombre de cylindres auto-tenseurs est fonction du nombre de mise en tension et de relaxation nécessaire pour produire dans le matériau du fil l'écrouissage donnant une fragilisation déterminée. 7 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 4 5 & 6 caractérisé en ce que le générateur de tension comporte trois guides-fils Fig. 21 dont les axes sont rigoureusement parallèles. 8 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 4 5 & 6 caractérisé en ce que le générateur de tension comporte quatre guides-fils Fig. 22 dont les axes sont rigoureusement parallèles. 9 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 4 5 & 6 caractérisé en ce que le revêtement antiusure en matière plastique des surfaces des cylindres du ge nérateur de tension est remplacé par une augmentation de la dureté des surfaces des guides-fils et des faces des rainures en fonction du fil utilisé et du travail demandé au générateur, ce durcissement peut être réalisé à partir de dépôt de micro épaisseur de carbure ou de céramique métallique.