Brevet FR2691651A1 — publié le 19931203

MANDRIN POUR INSTALLATION DE BOBINAGE OU DE DEBOBINAGE DE BANDES METALLIQUES La présente invention concerne le domaine du laminage et du traitement des bandes métalliques, et plus particulièrement le bobinage et le débobinage de ces bandes. Après avoir été coulées en continu, les brames d'acier subissent une phase de laminage à chaud qui les transforme en bandes de 2 à 6 mm d'épaisseur. A la sortie du laminoir, ces bandes sont mises sous forme de bobines. Les bandes ainsi conditionnées sont ensuite transférées vers 1 l'installation qui assure leur traitement suivant, par exemple un laminage à froid. Les bobines y sont déroulées, et les bandes sont traitées par l'installation, puis rembobinées à sa sortie. L'opération de déroulage et rembobinage des bandes est répétée de cette façon à chaque étape de traitement des bandes : laminage, traitement thermique ou traitement de surface. La mise en bobine est effectuée de la façon suivante. L'extrémité initiale de la bande en défilement sortant du laminoir (par exemple) est plaquée contre un mandrin en rotation autour duquel la bande s'enroule en formant des spires jointives. Ce mandrin, de section sensiblement circulaire et de diamètre d'environ 50 à 60 cm habituellement, est à sa périphérie souvent formé par un ensemble de trois coquilles articulées entre elles, de manière à ce que leurs surfaces externes définissent un pourtour cylindrique ou quasi-cylindrique de diamètre pouvant prendre deux valeurs différentes à la commande (voir par exemple le document FR 2622485). La justification de cette construction est que, après la fin du bobinage où l'extrémité finale de la bande est maintenue plaquée contre la spire précédente, la bande bobinée doit pouvoir être ôtée du mandrin pour être transportée vers une autre installation de traitement.A cet effet, préalablement au bobinage, les coquilles ont été placées de manière à donner au pourtour qu'elles définissent son diamètre maximal. Après la fin du bobinage, les coquilles sont déplacées les unes par rapport aux autres de manière à diminuer le diamètre moyen dudit pourtour. Il est ainsi possible de désolidariser la bobine et le mandrin. Ultérieurement, une opération inverse permettra de placer la bobine sur un autre mandrin, placé à l'entrée de l'installation qui doit assurer le prochain traitement de la bande. Les mandrins à diamètre variable qui viennent d'être évoqués sont cependant inopérants pour résoudre le problème suivant. Lorsque la bande commence à s'enrouler, elle crée une surépaisseur sur la surface externe du mandrin. Lorsque la première spire achève de se former, la bande qui jusque là était plaquée contre la surface du mandrin doit venir se superposer à la portion initiale de la bande pour former la deuxième spire. Sa courbure subit alors une variation brutale et l'arête supérieure de l'extrémité initiale de la bande exerce sur la deuxième spire une pression importante. Celleci est telle que la portion de surface de la bande qui avoisine la ligne de contact avec l'arête subit une déformation (marquage en creux) qui la rend souvent inutilisable.Cette déformation peut également affecter les spires suivantes, de manière atténuée mais malgré tout gênante, et il s'ensuit que toute une portion de la bande doit être mise au rebut ou déclassée. Un autre inconvénient de cette surépaisseur est que l'écart qu'elle crée par rapport à une régularité parfaite de l'enroulement de la bande sur le mandrin peut provoquer un balourd sensible qui, lors de la rotation de la bobine en phase de déroulement ou d'enroulement, fait que le mandrin subit des efforts anormaux pouvant le déformer. Ce problème se pose particulièrement pour les bandes d'acier laminées à chaud, du fait de leur épaisseur relativement élevée, mais les bandes d'acier laminées à froid et les bandes d'autres métaux tels que l'aluminium et le cuivre sont aussi concernées lorsqu'une qualité optimale sur la plus grande portion possible du produit est recherchée. Le but de l'invention est de proposer un moyen de supprimer les marques imprimées sur les premières spires de la bande par l'arête de son extrémité initiale, tout en atténuant le balourd dont il a été précédemment question. A cet effet, l'invention a pour objet un mandrin pour installation de bobinage ou de débobinage d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il comporte - un noyau central de forme sensiblement cylindrique - une pluralité d'éléments mobiles munis de moyens les reliant rigidement audit noyau central et permettant de régler leur écartement par rapport audit noyau, l'ensemble des surfaces extérieures desdits éléments mobiles constituant la surface extérieure dudit mandrin, et donnant à celle-ci une forme sensiblement cylindrique lorsque tous lesdits éléments mobiles sont dans leur position d'écartement maximal dudit noyau. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à diviser la partie extérieure du mandrin en plusieurs éléments mobiles dont on peut régler l'écartement par rapport à un noyau central cylindrique. On peut ainsi donner à la surface extérieure du mandrin une forme qui se rapproche de celle d'une portion de spirale, de manière à créer un logement pour l'extrémité de la bande. Celle-ci n'est donc plus chevauchée par le début de la deuxième spire de la bande, ce qui résout les problèmes de qualité dont on a précédemment parlé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures suivantes - la figure 1 qui schématise vus de profil et en coupe un mandrin classique et les premières spires de la bande métallique qui s'enroule autour de lui - la figure 2 qui montre, vu de profil et en coupe, un mandrin selon l'invention, autour duquel s1 enroule une bande métallique - la figure 3 qui montre, vue en perspective, une partie d'un exemple de réalisation du mandrin selon l'invention. La figure l est un schéma qui illustre le phénomène auquel l'invention se propose de remédier. Elle montre vu de profil et en coupe un mandrin 1, que l'on a supposé rigoureusement cylindrique et à diamètre fixe dans un souci de simplification (un mandrin à coquilles articulées du type mentionné au début de cette description serait sujet aux mêmes inconvénients). Ce mandrin 1 est en rotation autour de son axe horizontal, et une bande métallique 2 d'épaisseur e en provenance d'un outil métallurgique, tel qu'un laminoir ou une installation de traitement thermique ou de traitement de surface, vient s'enrouler contre lui. L'extrémité 3 de cette bande 2 a été au préalable plaquée contre la surface externe 4 du mandrin 1, et la bande 2 s'enroule autour du mandrin en formant des spires superposées.Lorsque la première spire se termine, la bande 2 qui jusque là était appliquée contre la surface 4 du mandrin, doit venir chevaucher l'extrémité 3 pour venir s'appliquer sur la première spire. Il en résulte que l'arête supérieure de l'extrémité 3 de la bande 2 exerce une pression localisée sur la zone de la deuxième spire qui vient à son contact. Cette pression est d'autant plus forte qu'un nombre croissant de spires viendront se superposer à la deuxième spire au cours de l'enroulement de la bande 2. Elle provoque la formation d'un marquage en creux de cette zone de la deuxième spire, marquage qui est très préjudiciable à la qualité de la bande 2 et nécessite le chutage de sa portion initiale. Ce marquage se retrouve également sur un certain nombre des spires suivantes, en raison de la brusque discontinuité dans la courbure de la bande 2 que cause son passage au droit de l'extrémité 3. Ce marquage s'atténue progressivement au fur et à mesure que l'épaisseur de bande enroulée augmente. Toutefois, il peut être suffisant pour provoquer des problèmes de qualité sensibles sur le produit final, et ce d'autant plus que la bande 2 subit un grand nombre de cycles d'enroulement-déroulement au cours de son existence, ce qui multiplie le nombre de marques imprimées sur la bande. D'autre part, la surface extérieure de la bande 2 enroulée présente une boursouflure (exagérée sur la figure 1 pour les besoins de la démonstration) au droit de l'extrémité 3, ce qui cause un balourd dans la rotation du mandrin 1. Celui-ci, soumis à des efforts anormaux, peut en être détérioré. La solution proposée à ce problème consiste, comme on le voit sur la figure 2, à prévoir un mandrin constitué par les organes suivants - un noyau central rigide et sensiblement cylindrique 5, pouvant être connecté aux moyens habituels de mise en rotation du mandrin - une pluralité d'éléments mobiles 6a à 61, reliés rigidement au noyau 5 par des moyens de liaison tels que des vérins hydraulique 7, permettant d'éloigner et de rapprocher à volonté ces éléments 6a-61 du noyau 5. Ces éléments mobiles 6a-61, au nombre de 12 dans l'exemple représenté, sont tels que lorsqu'ils sont tous maintenus par les vérins 7 à leur distance maximale possible du noyau 5, leurs surfaces extérieures définissent une surface cylindrique de rayon R identique au rayon nominal du mandrin classique que le mandrin selon l'invention doit remplacer. Les formes et dimensions de ces éléments 6a-61 sont telles qu'elles autorisent leur coulissement les uns en face ou des autres sur toute la course des vérins 7. Les vérins 7 sont commandés par des moyens non représentés, logés dans le noyau 5 et actionnables par un opérateur ou des moyens de commande automatiques appropriés.. Ce mandrin est utilisé de la façon suivante dans l'exemple représenté. Avant le bobinage, tous les éléments 6a-61 sont dans leur position d'éloignement maximal par rapport au noyau 5. Lorsque l'extrémité de la bande 2 est appliquée sur le mandrin au début de l'opération de bobinage, l'élément 6a qui est en contact avec elle est rapproché du noyau 5, au moyen du vérin 7a, d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur e de la bande 2. On crée ainsi, grâce à la dénivellation qui s'établit entre les surfaces extérieures de l'élément 6a et de l'élément 61 qui lui fait suite dans le sens de rotation du mandrin, un logement 8 dans lequel est placée l'extrémité 3 de la bande 2.L'élément 6b, c'est-à- dire le deuxième que rencontre la bande 2 lors de son enroulement, est également rapproché du noyau 5 par le vérin 7b du noyau 5, mais d'une distance un peu inférieure à la distance e précédente. L'élément 6c qui le précède dans le sens de rotation du mandrin est, de même, rapproché du noyau 5 par le vérin 7c d'une distance encore inférieure à la précédente. Enfin, l'élément 6d et les éléments suivants 6e à 61 sont maintenus à leur distance maximale et nominale du noyau 5. Les surfaces extérieures des éléments 6a à 61 définissent ainsi une surface dont la forme générale se rapproche de celle d'une surface dont le rayon de courbure irait croissant de l'élément 6a à l'élément 6d puis demeurerait fixe jusqu'à l'élément 61.Le résultat est que le rayon de courbure qui est imposé à la première spire de la bande 2 lors de son enroulement varie de façon progressive du rayon (R-e) au rayon R, ce dernier rayon étant, dans exemple représenté, atteint lorsque la bande 2 rencontre l'élément 6d. Lorsque débute l'enroulement de -la deuxième spire de la bande 2, c'est-à-dire lorsque la bande 2 repasse au droit de son extrémité 3 et de l'élément 6a, la bande 2 vient simplement se superposer au début de sa première spire sans qu'il y ait variation brusque de son rayon de courbure. I1 n'y a ainsi pas de marquage de la deuxième spire par l'extrémité 3 de la bande 2. D'autre part, le balourd dans cette zone de l'enroulement est sensiblement réduit puisqu'il n'y a plus de surépaisseur de bande. Bien entendu, le nombre d'éléments mobiles qu'il faut déplacer de leur position nominale pour obtenir un enroulement correct de la bande 2 varie selon divers paramètres tels que le nombre total d'éléments mobiles du mandrin (qui peut être différent de 12) et l'épaisseur de la bande 2. Lorsque la bobine est entièrement formée et qu'on désire la dégager du mandrin, il suffit de rapprocher au moyens des vérins 7 tous les éléments 6a à 61 du noyau 5, de manière à leur faire perdre contact avec la bande 2, et de dégager le mandrin. Inversement, si on veut insérer une bobine déjà formée sur un mandrin selon l'invention, on donne à celui-ci son diamètre extérieur minimal, on l'insère à l'intérieur de la bobine, et on éloigne progressivement les éléments 6a-61 du noyau 5 jusqu'à ce qu'ils viennent au contact de la bande 2. La configuration précédemment décrite est alors automatiquement restituée. Avantageusement, on peut placer sur les vérins 7 des capteurs 9, tels que des jauges de contrainte, qui évaluent une grandeur physique représentative de la pression qu'exerce la bande 2 sur chacun des éléments 6a-61, sachant que si tous les vérins ont une extension égale, celui qui subit la pression la plus élevée est celui qui est en contact avec l'extrémité 3 de la bande 2. Les informations recueillies par les capteurs 9 sont transmises à l'opérateur qui règle les extensions des vérins 6a-61 de manière à égaliser les contraintes qu'ils subissent. Une telle égalisation est alors le signe que la bande 2 est enroulée de manière régulière comme représenté sur la figure 2.Optimalement, les informations fournies par les capteurs 9 sont transmises directement à des moyens de calcul connectés à des moyens de commande des vérins 7 (tels que des vannes de régulation du circuit hydraulique), et qui réalisent l'égalisation des contraintes sans intervention humaine. Le nombre de vérins 7 disposés sur le noyau 5 et commandant chacun des éléments mobiles 6a-61 est variable selon la longueur du mandrin et l'ampleur des pressions auquelles sont soumis les éléments mobiles 6a-61. De préférence, on prévoit également des moyens de guidage des éléments mobiles 6a-61, de manière à limiter les risques de fausser les vérins 7. La figure 3 montre une configuration particulière possible des éléments mobiles 6a61 où cette fonction de guidage peut être assurée par les éléments 6a-61 eux-mêmes. Sur cette figure on a représenté le noyau central 5 du mandrin et un élément mobile 6a seul, avec les deux vérins 7, 7' qui le relient au noyau, et les jauges de contrainte 9,9' qui permettent de les piloter. Afin d'assurer le guidage de l'élément 6a lors de ses déplacements, on a ménagé, sur l'une de ses parois latérales qui font face à l'élément mobile contigu non représenté, deux excroissances 10, 10' en queue d'aronde.Ces excroissances sont faites pour venir s'imbriquer de manière coulissante dans des encoches correspondantes ménagées dans une paroi latérale de l'élément mobile non représenté contigu à l'élément 6a. Ces encoches sont identiques à des encoches 11, 11' ménagées dans l'autre paroi latérale de l'élément 6a, et prévues pour recevoir des excroissances correspondantes ménagées sur l'autre élément mobile non représenté contigu à l'élément 6a. Bien entendu, la configuration représentée n'est qu'un exemple, et on peut envisager bien d'autres solutions quant au nombre, à la forme et à l'emplacement des excroissances et des encoches. On peut, en particulier, imaginer qu'une même paroi latérale d'un élément mobile comporte à la fois des excroissances et des encoches. L'invention s'applique à toutes les installations dans lesquelles il est nécessaire d'enrouler ou de dérouler des bandes métalliques, telles que des bandes d'acier, d'aluminium, etc. REVENDICATIONS 1) Mandrin pour installation de bobinage ou de débobinage d'une bande métallique (2), caractérisé en ce qu'il comporte - un noyau central (5) de forme sensiblement cylindrique - une pluralité d'éléments mobiles (6a-61) munis de moyens les reliant rigidement audit noyau central et permettant de régler leur écartement par rapport audit noyau, l'ensemble des surfaces extérieures desdits éléments mobiles (6a-61) constituant la surface extérieure dudit mandrin, et donnant à celle-ci une forme sensiblement cylindrique lorsque tous lesdits éléments mobiles (6a-61) sont dans leur position d'écartement maximal dudit noyau (5). 2) Mandrin selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens reliant lesdits éléments mobiles (6a-61) audit noyau central (5) sont constitués par des vérins hydrauliques (7). 3) Mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens de guidage desdits éléments mobiles pendant leur déplacement. 4) Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par des excroissances (10, 10') ménagées sur au moins une paroi latérale desdits éléments mobiles (6a-61) et imbriquées chacune dans une encoche (11,11') ménagée dans une paroi latérale d'un élément voisin. 5) Mandrin selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour évaluer la pression exercée sur chacun desdits éléments mobiles (6a-61) par ladite bande métallique (2). 6) Mandrin selon la revendication 5,caractérisé en ce que lesdits moyens pour évaluer la pression exercée sur lesdits éléments mobiles (6a-6a) sont constitués par des jauges de contrainte (2). 7) Mandrin selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour évaluer la pression sur lesdits éléments mobiles (6a-61) sont connectés aux moyens de réglage de l'écartement desdits éléments mobiles par rapport audit noyau central (5).