Brevet FR2655888A1 — publié le 19910621

La présente invention est relative a u domaine du bobinage de fil métallique, notamment pour l'électricité, et concerne plus particuliè- rement un dévidoir à régulation automatique de tension du fil pour alimenter une bobineuse,proprement dite,à partir d'une nourrice. La qualité du bobinage obtenu est bien entendu conditionnée par la constance de la tension mécanique qui s'exerce sur le fil jusqu'à son enroulement définitif sur la carcasse de la bobine en cours de réalisation, et ceci,-bien que la vitesse de défilemnmnt puisse varier dans le temps en fonction de différentes circonstances, notamment de la forme de la carcasse, ronde, carrée, rectangulaire,, du diamètre croissant du bobinage pendant l'opération, des mouvements divers du crayon de guidage du fil associé à la bobineuse proprement dite et qui entraînent même, dans certaines phases, des vitesses momentanées de défilement négatives. On a donc cherché à rendre la tension mécanique du fil indépen- dante de sa vitesse de défilement par des moyens de dévidoirs mécaniques ou électromécaniques appropriés Ces dévidoirs connus de l'état de la technique présentent cependant des inconvénients majeurs qui seront mis en évidence plus loin, notamment en ce qui concerne le rattrapage ou le ravalement du fil en cas de vitesse de défilement momentanément négative. La présente invention vise à s'affranchir de ces inconvénients ou limitations en proposant un dévidoir de fil à tension régulée automati- quement et à ravalement également automatique. Ces caractères et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit de deux dispositifs connus de l'état de la technique et d'un mode de réalisation d'un dévidoir ravaleur auto- matique conforme à l'invention Pour l'intelligence de cette description, on se référera aux dessins, dont: 1 la figure 1 rappelle très schématiquement,pour la clarté,le principe du bobinage, la figure 2 illustre un dévidoir mécanique de type connu, la figure 3 représente un dévidoir électromécanique de type également connu, la figure 4 illustre, très schématiquement,le principe d'un mode de réalisation d'un dévidoir ravaleur selon l'invention. Pour la compréhension de ce qui suit, le principe du bobinage est succinctement rappelé en référence à la figure 1 o un fil 2 en prove- nance d'une nourrice 3 passe par un dévidoir 4 qui alimente une bobineuse -2 - proprement dite,figurée par une table XYZ équipée d'un crayon de guidage , le fil 2 venant s'enrouler sur la carcasse 1 Le dévidoir 4 peut être de tous types connus, notamment ceux évoqués ci-après. A la figure 2, est schématisé un dévidoir de type connu de l'état de la technique Le fil 2 en provenance de la nourrice passe dans un anneau de centrage A, est pressé entre deux galets de feutre B et, -après un renvoi C, vient s'enrouler dans la gorge d'une poulie D équipée d'un frein mécanique de tout type et figuré par un levier H La pression exercée par les galets B sur le fil 2 entraine sur celui-ci une tension qui en permet le placage au fond de la gorge de la poulie D Quittant cette poulie D, le fil va passer sur une poulie F montée sur un bras articulé E avant de partir en K vers la bobineuse proprement dite Le bras E est sollicité vers une position de repos par un ressort G agissant sur le frein H Pendant le défilement du fil 2, la tension sur celui-ci amène le levier E en position de travail (en traits interrompus) et sollicite le ressort G, ce qui soulage le frein H Un préréglage du frein H est effectué mécaniquement manuelle- ment par un ressort I associé à un organe de manoeuvre J Par ailleurs, la position de travail du bras E, en relation avec le frein H est suscep- tible de réglage par déplacement du point d'assujettissement du ressort G sur un levier cranté L solidaire du bras E Lorsque du fil 2 est tiré en K vers la bobineuse, le bras E bascule vers sa position de travail, ce qui soulage le frein H Quand la tension est suffisante sur le fil, la poulie D se met à tourner à l'encontre du frein H et autorise la sortie du fil en K La tension du fil est donc, au moins partiellement, autorégulée par l'équilibre du bras E agissant sur le frein H. Comme on le voit, ce dispositif mécanique implique un réglage manuel nécessitant la présence permanente d'un opérateur Par ailleurs, lorsque la vitesse de défilement du fil 2 augmente, l'efficacité du frein H augmente aussi et la force exercée par le ressort G doit également augmenter, ce qui signifie que la tension du fil augmente avec la vitesse En outre, à vitesse élevée, l'échauffement et l'usure du frein deviennent importants et se traduisent par unedérive des valeurs de réglage et une usure prématurée des pièces, ce qui conduit le dispositif à brouter ou à osciller, alors qu'à froid, il a tendance à manquer d'efficacité Il faut encore noter que le ravalement du fil 2 est limité à la différence de longueur résultant du retour du bras E vers sa position de repos qui fait alors office de réservoir de fil et que,pendant cette phase, la tension du fil échappe alors à tout contrôle. -3- Une amélioration à ces dispositifs, purement mécaniques,est apportée par l'utilisation d'un dévidoir électromécanique o il est fait appel à un frein électrique Un tel dispositif connu est illustré par la figure 3 Le fonctionnement est analogue au précédent sauf pour ce qui suit: au bras articulé E, est associé un potentiomètre M transformant l'information mécanique qui est la position du bras E en information électrique Celle-ci, après amplification en N, est appliquée à un frein électrique (non représenté) associé à la poulie D On retrouve par ailleurs le ressort de rappel G du bras E vers sa position de repos, mais cette fois, indépendant du frein, mais non pas du point d'application réglable sur le levier L. Lorsque le bras E est au repos, l'information du potentiomètre M_, après amplification en N, est appliquée au frein électrique pour obtenir un freinage maximal Lefil 2 étant tiré en K, le bras E bascule et l'efficacité du frein diminue jusqu'à ce que la poulie D puisse être entrainée en rotation pour délivrer du fil en K Les réglages sont mécaniques par le ressort G et électriques par ajustement du gain de l'amplificateur N. Si un tel dispositif représente un progrès certain par rapport aux types mécaniques évoqués plus haut, on retrouve cependant l'inconvénient majeur d'un ravalement limité, comme dans le cas précédent, et effectué à tension incontrôlée. La présente invention vise à s'affranchir de ces inconvénients de l'état de la technique qui viennent d'être évoqués. Un mode de réalisation d'un dévidoir selon l'invention est illustré schématiquement pour son principe à la figure 4. Le fil 2 en provenance d'une nourrice,non représentée,passe d'abord entre deux galets couverts de feutre 11, 12 dont l'un est entrainé en sens contraire de défilement du fil par un moteur synchrone 13, le second galet 12 étant un simple galet presseur entrainé par friction par le premier galet 11 Ce dispositif de galets 11, 12 induit sur le fil une faible tension résiduelle qui va le plaquer au fond de la gorge d'une poulie 14 dans laquelle il fait un tour complet Cette poulie 14 est entrainée par un moteur électrique 15, susceptible de rotation dans les deux sens Ce placage au fond de la gorge de la poulie 14 est notamment important lors d'une phase de ravalement induite par une rotation inverse du moteur 15 Ce moteur 15 est commandé par une boucle d'asservissement sur laquelle il sera revenu plus loin. 4- Quittant la poulie 14, le fil 2 passe par un dispositif de mesure de tension comprenant deux poulies à faible inertie 17, 18 de part et d'autre d'une poulie intermédiaire 19 associée à un extensomètre 16, par exemple à jauge de déformation Du fait de ce mouflage, l'extensomètre 16 détecte le double de la tension momentanée subie par le fil Le signal de tension électrique produit est exploité comme décrit plus loin Le fil 2 peut alors partir vers la bobineuse proprement dite Cependant, il peut être utile que le fil 2 passe auparavant sur une poulie à faible inertie 116 montée sur un bras articulé 114 rappelé en position de repos par un ressort 115 Le basculement du bras 114 permet en régime transitoire d'absorber mécaniquement les à-coups qui peuvent être dûs à un défaut d'extraction du fil de la bobine nourrice, au temps de réaction des organes électromécaniques déjà évoqués, au fauchage accidentel du fil, par des bavures par exemple, lors du bobinage sur la carcasse De même, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, toujours avant de partir vers la bobineuse proprement dite, le fil 2 fait un tour sur une poulie équipée d'une roue codeuse 117 Cette roue engendre des signaux à fréquence proportionnelle à la vitesse de défilement, mis en forme et exploités comme évoqué plus loin. La vitesse de rotation de la poulie 14 est captée par un tachy- mètre 112 qui délivre un signal el Le signal e 5 en provenance de l'exten- somètre 16 est amplifié en A Vo et injecté, e 4, dans un étage différentiel 111 qui reçoit par ailleurs un signal t O représentant la valeur de consigne de la tension du fil Le signal résultant de cette différence, soit e 3, est amplifié en A Vi pour être additionné,soit maintenant-sous forme du après amplification AV 2, signal e 2,au signal el tachymétrique et le résultatyest 'envoyé sous forme de signal ev à un variateur 113 commandant la vitesse de rotation du moteur 15 pour ramener l'équilibre entre le signal e 5 de l'extensomètre et le signal de consigne t O, c'est-à-dire compenser toute variation survenant dans la tension du fil par rapport à la tension 'de consigne représentée par la signal t O. Cette disposition permet de réguler mieux que selon la technique antérieure connue la tension du fil à embobiner, donc d'améliorer de façon significative le produit fini, c'est-à-dire les bobines finies. Cependant, dans la recherche de plus grandes vitesses de fabrication, on s'aperçoit qu'en augmentant la vitesse de défilement du fil, pour accroître le dëbit de production, cette vitesse de défilement a une influence qui peut cesser d'être négligeable par ses effets sur la tension même du fil, donc sur les qualités du produit fini. -5 - Pour s'affranchir de ces limitations, l'invention propose en outre d'intervenir sur la tension de consigne t O envoyée à l'étage différentiel 111 évoqué plus haut C'est à ce stade notamment qu'intervient la roue ou poulie codeuse 117 évoquée antérieurement comme organe faculta- tif. Pour cet aspect d'un mode de réalisation de l'invention, il convient de revenir sur ce qui a été dit précédemment. La poulie codeuse 117, maintenant nécessaire et'non plus faculta- tive par rapport à ce qui précède, sur laquelle s'enroule maintenant le fil 2, avant d'aller vers la bobineuse proprement dite, délivre, comme déjà dit, des signaux de fréquence représentative de la vitesse de défilement du fil 2. D'après ce qui précède, on constate que le signal e 5, émis par l'extensomètre 16, représente le double de la tension t du fil, avec un coefficient de proportionalité c, soit e 5 = 2 ct. Par ailleurs, la vitesse V de défilement du fil est proportion- nelle à celle du moteur 15 avec un facteur id, d étant le diamètre de la poulie 14, ce qui donne pour le signal tachymétrique el = b V /f Td, b étant le coefficient de proportionalité du tachymètre 112 En outre, le signal e V de commande du moteur 15 s'exprime par ev = V /7 d a, a étant le coefficient de proportionalité du variateur 113 de vitesse de rotation du moteur 15. Tenant compte des facteurs A Vo, AV 1 et AV 2 et des expressions intermédiaires des signaux e 4 et e 3, on constate que le signal e 2 injecté au sommateur amplificateur AV 2 s'exprime par e 2 = V ( 1 ab AV 2)/77 d a AV 2. Cette expression montre qu'il est nécessaire que a b AV 2 s'exprime par: t = 2 e A Vo + V ( 1 ab AV 2) /27 ld ac A Vo A Vl AV 2. A vitesse de défilement V nulle, par exemple à l'arrêt ou avant phase de ravalement le cas échéant, on a t = t O / 2 c A Vo, donc, du fait d'une vitesse de défilement V non nulle, une différence de tension du fil par rapport à cea qtu correspond à la programmation: A t = ( 1 ab AV 2) V / 2 a 7 rec d A Vo A Vl AV 2, cette différence ou erreur étant, comme on le voit, indépendante de la valeur t O de consigne de programmation. -6 - Si on veut maintenir sur le fil en défilement une tension mécanique constante, il y a lieu d'apporter une correction au signal e V et par conséquent, en amont, au signal e 3 en provenance de l'extensomètre 16 après injection de la valeur de consigne t O. Selon l'invention, cette correction se fait à partir de la roue codeuse 117 Celle-ci délivre des signaux de fréquence proportionnelle à la vitesse V de défilement du fil, qui, après transformation dans un ensemble de traitement 118 dont les paramètres sont adaptés à ceux des organes déjà utilisés, délivre un signal e 6 qui s'exprime par e 6 = 2 c A Vo At Ce signal e 6 est envoyé dans un soustracteur 119 en corrçction à un nouveau- signal de consigne t O' envoyé de l'extérieur au *soustracteur 119, qui va alimenter l'étage différentiel 111 avec le signal t O déjà évoqué plus haut. On constate alors que la tension du fil s'exprime par t =,Lt + (t O' e 6) / 2 c A Vd, soit t = t O' / 2 c A Vo, tension réelle du fil qui ne dépend plus de la vitesse V de défilement du fil, mais seulement de la valeur de consigne injectée t O' et des paramètres fixés, une fois pour toutes, des accessoires électroniques de mesure et traitement des signaux correspondants. Ainsi, à vitesses de défilement V élevées, on parvient à partir de la roue codeuse 117 et par la régulation qui en résulte, à rendre la tension t du fil indépendante de sa vitesse de défilement V, donc à garantir la qualité des produits finis, c'est-à-dire des bobines fabriquées. -7- R E V E N D I C A T I O N S - 1. Dévidoir à régulation de tension (t) du fil ( 2) pour alimenter une bobineuse à partir d'une nourrice, comprenant une poulie ( 14) d'entrai- nement animée par un moteur ( 15) et sur laquelle, s'enroule le fil ( 2) avant de partir vers la bobineuse, caractérisé par le fait qu'entre la poulie ( 14) et la bobineuse, est disposé un extensomètre ( 16) délivrant un signal (e 5) représentatif de la tension (t) momentanée du fil ( 2), que la poulie ( 14) comporte un tachymètre ( 114) délivrant un signal (el) représentatif de la vitesse (V) de défilement du fil, et que des moyens (AVO, 111, AV 1, AV 2) comparent la tension momentanée (t) du fil à une valeur de consigne (t O), pour délivrer un signal (e 2), lequel, ajouté (AV 2) au signal tachymétrique (el), agit (e V) sur un variateur de vitesse ( 113) commandant la rotation du moteur ( 15) pour ramener la tension (t) du fil à sa valeur correspondant à la valeur de consigne (t O). 2. Dévidoir selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'extensomètre ( 16), est associé un ensemble de poulies ( 17, 18, 19) sur lesquelles passe le fil ( 2), permettant de délivrer un signal (e 5) correspondant au double de la tension momentanée (t). 3. Dévidoir selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'ayant quitté l'extensomètre ( 16), le fil ( 2) passe sur une poulie ( 116) montée à l'extrémité d'un bras oscillant ( 114) rappelé par un ressort ( 115). 4. Dévidoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'avant de partir vers la Iobineuse, le fil ( 2) passe en outre sur une poulie codeuse ( 117), délivrant des signaux propor- tionnels à la vitesse (V) de défilement du fil ( 2). 5. Dévidoir selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits signaux sont traités dans un ensemble ( 118) adapté pour délivrer un signal (e 6) représentatif d'une variation de tension (Lt) éventuelle, survenant dans le défilement du fil ( 2). 6 Dévidoir selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ce signal (e 6) est retranché dans un soustracteur ( 119) d'une nouvelle valeur de consigne (t O'), pour donner une nouveau signal (t O) se substituant à la valeur de consigne antérieure (t O).