Brevet FR2674231A1 — publié le 19920925

L'invention concerne un dispositif de régulation et de compensation pour la mise en faisceau de filaments par enroulement sur un support d'envidage, et notamment pour la réalisation de faisceaux pour la fabrication de modules de filtration à partir de fibres creuses. Dans FR-A-2 620 633, il est décrit un procédé de réalisation d'un faisceau de fibres creuses par enroulement d'un filament autour d'un support d'envidage rotatif rétractile à l'aide d'un guide-fil se déplaçant transversalement, dégagement du faisceau formé, empotage des extrémités avant ou après mise en place dans un carter et découpe des extrémités pour former un module de filtration constitué de fibres ouvertes aux deux extrémités.Le filament enroulé provient d'une bobine sur laquelle il a été bobiné au sortir de la machine d'extrusion-filage. Il est nécessaire pour assurer une tension constante du filament (qui est une fibre creuse relativement fragile) de prévoir une régulation de la vitesse de rotation de la bobine d'alimentation qui varie en fonction de la diminution du nombre de couches sur la bobine dans tous les cas et de compenser la différence de longueur de filament entre le guide-fil et le point d'enroulement dans le cas où le support d'envidage est un support-plan. Un bras compensateur asservissant le moteur d'envidage est alors utilisé mais il subit une variation cyclique (compensation) et une variation continue (régulation) et impose donc constamment au moteur d'envidage des variations de vitesse.Or l'utilisation d'un support-plan serait particulièrement avantageuse car il donne au moment de sa rétraction un faisceau bien formé ne nécessitant pas de manipulation de mise en forme supplémentaire, si on pouvait limiter les variations de vitesse du moteur d'envidage et éviter en particulier la variation cyclique de compensation de longueur de filament, qui oblige à utiliser un moteur relativement puissant. Ceci est résolu en utilisant pour la mise en faisceaux de filaments par enroulement sur un supportplan rétractile dont les bords d'envidage sont perpendiculaires au sens d'avancement des filaments, entraîné en rotation autour d'un axe perpendiculaire audit sens#' d'avancement par un moteur d'envidage commandé par une unité d'asservissement, un dispositif de régulation et de compensation qui comprend un dispositif de mesure de la vitesse V du filament, un dispositif de régulation comportant un bras oscillant dont l'extrémité libre porte une poulie de guidage du filament et situé en aval du dispositif de mesure de la vitesse V, et un dispositif de compensation de la longueur de filament qui varie avec la rotation du support-plan d'envidage, dispositif de compensation qui est situé en aval du dispositif de régulation, l'unité d'asservissement réglant la vitesse de rotation X du support-plan en fonction de la vitesse V du filament et de la position angulaire a du bras oscillant. Le dispositif de compensation de longueur de filament comporte au moins une poulie animée d'un mouvement de translation par un organe permettant d'absorber et de restituer une longueur définie de filament. Cet organe peut être un vérin ou selon le mode de réalisation décrit ci-après une came. Dans le dispositif de la technique antérieure, la vitesse de rotation du support d'envidage est asservie à la position angulaire a du bras oscillant. L'asservissement en vitesse est alors A = f(a > . Lorsque la vitesse linéaire en amont du bras oscillant varie, cette variation entraîne une modification de la position angulaire a du bras oscillant. Celui-ci absorbe également la variation de vitesse de défilement du filament en aval du bras oscillant due à la modification de la vitesse linéaire d'enroulement du filament sur le support-plan au cours de la rotation de celui-ci, et subit de ce fait des oscillations cycliques. En outre lorsque le faisceau croît, il y a également modification dans le temps de la vitesse linéaire, et donc besoin de régulation supplémentaire. Dans le dispositif selon la présente invention, le dispositif d'asservissement du moteur d'envidage prend en compte la vitesse linéaire en amont du bras oscillant et non celle en aval. Comme, par ailleurs, un dispositif assure la compensation de la longueur de filament variant avec la rotation du support-plan d'envidage, le bras oscillant n'a plus a le faire et le dispositif d'asservissement n'impose plus de variations cycliques au moteur d'envidage. Par contre le bras oscillant permet de suivre la modification de la vitesse linéaire d'alimentation (diminution du diamètre de la bobine, modification de la vitesse en cas d'alimentation continue directement par la machine d'extrusion filage,...) et celle de la vitesse linéaire d'enroulement (augmentation de l'épaisseur du faisceau). L'asservissement en vitesse est donc A = f(V, ), et n'est pas cyclique et son amplitude est plus faible. tes sollicitations que subit le moteur d'envidage sont donc plus faibles, sa vitesse de rotation varie moins, ce qui permet également de diminuer sa puissance. Comme dispositif de compensation de la longueur de filament, on utilise une poulie animée d'un mouvement de translation sous l'effet d'un organe capable d'absorber et de restituer une longueur définie de filament de manière asservie à la rotation du support-plan d'envidage pour en absorber quand le support-plan "donne" du filament et pour en restituer quand le support-plan "prend" du filament. Cet organe peut être un vérin ou une came. L'invention sera décrite plus en détail avec référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de la technique antérieure, la figure 2 est une représentation schématique du dispositif de régulation et de compensation selon la présente invention, et la figure 3 est une vue en perspective de ce dispositif. On notera tout d'abord que le dispositif de régulation et de compensation peut s'appliquer à un seul filament ou à plusieurs filaments réunis en nappe et défilant parallèlement à la même vitesse mais pour simplifier les dessins et les explications, on ne se réfèrera qu'a un seul filament. La figure 1 est une représentation schématique du dispositif de régulation de la technique antérieure (FR-A-2 620 633). Un filament 1 passe sur une poulie de guidage 2, puis sous une poulie 4 montée à l'extrémité libre d'un bras oscillant 5 et est repris par une poulie de guidage 3. Il passe ensuite sur un guide-fil 8 animé d'un mouvement transversal alternatif par rapport au sens d'avancement du filament pour former le faisceau sur un support-plan 9 entraîné en rotation par un moteur d'envidage 8. Un dispositif de tension 6 fournit une tension appropriée au bras oscillant 5 et un capteur 7 fournit la position angulaire a du bras oscillant 5. Cette dernière est fournie à un dispositif d'asservissement lia dont le signal de sortie A = fCa > impose au moteur 10 une vitesse de rotation w. Par suite, Si le bras oscillant tourne dans le sens (-), le support d'envidage tournera moins vite Jusqu'à stabilisation, et inversement dans le sens (+). On voit d'après la figure 1 que la longueur de filament entre le point G où il quitte le guide-fil 8 et le point X où il est en contact avec le support-plan 9 varie avec l'angle e entre le support-plan 9 et la droite reliant G à l'axe de rotation du support-plan 9. Entre les points G et N, le filament a une vitesse linéaire v qui varie avec 8. La différence entre V et v est absorbée par le bras oscillant : s'il tourne dans le sens C-), il "donne" du filament en augmentant v et s'il tourne dans le sens A cette variation s'ajoutent les variations liées à v qui change en fonction des conditions d'alimentation en filament 1 : diminution du diamètre de la bobine, modification de vitesse d'alimentation à partir d'une chaîne d' extrusion-filage directement, augmentation de l'épaisseur de filament enroulé sur le support-plan, etc... La vitesse de rotation X du moteur 10 est donc loin d'être constante et ceci exige des moteurs puissants et performants. Selon la présente invention, il est fourni un dispositif plus avantageux représenté sur la figure 2 où des numéros de référence identiques désignent les éléments identiques à ceux de la figure 1. Un filament 1 animé d'une vitesse V passe sur la poulie 4 du bras oscillant 5 dont le capteur 7 fournit la position angulaire a à un dispositif d'asservissement llb. Un capteur de vitesse 20, en amont du bras oscillant, fournit cette valeur V au dispositif d'asservissement lîb qui calcule A = f(V,a) asservissant la vitesse de rotation X du moteur 10. Le dispositif llb est avantageusement un micro-ordinateur. Pour éviter que la différence de longueur de filament GX ne soit transmise au bras oscillant et alors absorbée par modification de a, an utilise un dispositif compensateur 21 entre le bras oscillant 5 et sa poulie 4 et le guide-fil 8, c'est-à-dire en amont du dispositif de régulation constitué par le bras oscillant 5 et la poulie 4. Le filament passe sur une poulie de guidage 12 puis une poulie 14 et est repris sur une poulie de guidage d'où il va au guide-fil 8. La poulie 14 est reliée par une tige fixe 14a à un galet de came 15a maintenu au contact d'une came 16 par un dispositif de rappel 15b agissant sur la tige 14a. La came 16 est solidaire d'une poulie 18 entraînée par une courroie 17 montée sur une poulie 19 solidaire de l'arbre du moteur 10.Sur la figure 2, le profil de came représenté correspond à un rapport 2 entre sa vitesse de rotation et celle du support-plan 9. Pour le calcul de l'excentricité de la came 16, on peut partir, par exemple des constantes a et L, où a est la distance GN pour e = O et L est la distance entre l'axe de rotation et un bord d'envidage du support-plan # et on suppose # constante = d#/dt. La longueur à absorber 1 (soit GE - a) est alors dl/dt = v - V En calculant v par raisonnement géométrique, on obtient et on en déduit 1 = (L + (t+a) - 2L(L+a)cos(#))@ - #.V/## - a où 1 = 0 pour #=0 et V/# = 2L/# D'autres méthodes de calcul de l'excentricité d'une came sont connues et peuvent bien entendu être utilisées. D'autres dispositifs d'absorption et de restitution de longueur de fil peuvent être utilisés à la place de la came 16, par exemple un vérin dont la course est asservie à la vitese # et a l'angle #. L'utilisation d'une came 16 présente l'avantage supplémentaire que l'on peut avoir une came 16 dont le profil secondaire (épaisseur), par rapport au profil principal dans le plan de la figure 2, est oblique pour tenir compte de l'augmentation progressive d'épaisseur du faisceau, L' étant la distance entre ' (point d'envidage du filament sur le faisceau) et l'axe de rotation du support plan, et a' étant la distance GN' pour 8 = O, avec a + L = a' + L' = constante.Au fur et à mesure de l'augmentation de L' qui dépend du nombre de mouvements transversaux alternatifs effectués par le guide-fil 8, l'unité de commande de celui-ci reliée au galet de came 15a déplace celui-ci sur l'épaisseur de la came pour compenser la diminution de a. Les seules modifications imposées alors à la vitesse de rotation X sont dues à des variations de V qui sont de faible amplitude et généralement progressives. Si la came a un profil secondaire cylindrique (perpendiculaire au plan de la figure 2 > , la variation d'épaisseur du faisceau sera compensée par le bras oscillant dont la position angulaire passera d'une valeur ai fonction des paramètres de départ à une valeur az en fin d'enroulement. La figure 3 donne une représentation schématique en perspective d'une variante du dispositif de la figure 27 avec addition des organes associés au guide-fil 8: vis sans fin 22, support de guide-fil 23 et moteur d'entraînement pas a pas 24, l'unité de commande lic du guide-fil et de ses organes associés pouvant d'ailleurs être associée au dispositif d'asservissement llb et en outre avantageusement déplacer le galet de came lBa. La variante consiste à utiliser la poulie de reprise (3 sur la figure 2) du bras oscillant comme poulie (14 sur la figure 2) animée d'un mouvement de translation.La poulie 3a (figure 3) est alors reliée i un galet de came 15a en contact avec la came 16 située au dessus d'elle, et non au dessous comme sur la figure 2. Bien entendu des variantes concernant le nombre de poulies de guidage, leur disposition relative et celle de la came et du bras oscillant sont possibles et seront facilement mises en oeuvre compte-tenu de l'enseignement de la présente invention. Parmi les principaux avantages obtenus gracie à ce dispositif, on peut citer l'absence d'organes en mouvement sous l'action du filament d'où tension constante du filament ce qui est très important dans le cas de fibres creuses de filtration dont la résistance mécanique est relativement faible, et la quasi-constance de rotation de moteur d'envidage qui subit une moindre fatigue et se contente d'une moindre puissance. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de régulation et de compensation pour la mise en faisceau de filaments par enroulement sur un support-plan rétractile dont les bords d'envidage sont perpendiculaires au sens d'avancement du ou des filaments, entraîné en rotation autour d'un axe perpendiculaire audit sens d'avancement, par un moteur d'envidage commandé par une unité d d'asservissement, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (20) de mesure de la vitesse V du filament et une unité d'asservissement (llb) réglant la vitesse de rotation X du support d'envidage en fonction de la vitesse V du filament et de la position angulaire a du bras oscillant. 2.- Dispositif selon la revendication X, caractérisé en ce que le dispositif de compensation de longueur de filament comporte au moins une poulie (14,3a) animée d'un mouvement de translation par un organe permettant d'absorber et de restituer une longueur définie de filament. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe permettant d'absorber et de restituer une longueur définie de filament est une came (16) asservie en rotation au moteur d'envidage (10 > . 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la poulie animée de translation est reliée par une tige C14a) a un galet de came (iSa > maintenu en contact de la came (16) par un dispositif de rappel (15b) agissant sur la tige (14a?. 5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la poulie animée de translation (14) est placée entre des poulies de guidage (12,13) distinctes des poulies de guidage (2,3) associées a la poulie (4) du bras oscillant 6.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la poulie animée de translation (3b) constitue la poulie de reprise de la poulie (4) du bras oscillant (5). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la came (16) a un profil secondaire conique sur lequel se déplace le galet de came (15a), en fonction de l'épaisseur du faisceau enroulé.