Brevet FR2715445A1 — publié le 19950728

Ressort précontraint et procédé et dispositif pour sa fabrication, et application du ressort à un enrouleur de câble. La présente invention concerne un ressort précontraint, un procédé et un dispositif pour sa fabrication et son application à des enrouleurs de câble. Les ressorts précontraints sont couramment utilisés dans de nombreuses applications comme ressorts de rappel, par exemple sous forme de ressort spirale dans des enrouleurs de câble d'alimentation d'appareils électroménagers tels que des aspirateurs. De tels ressorts sont par exemple constitués d'un feuillard en acier au carbone XC80 trempé puis laminé à froid, appelé acier texturé, ce qui lui confère une haute limite élastique et une grand résistance à la fatigue. Le feuillard est ensuite soumis en tout point sur toute sa longueur à une déformation plastique de flexion qui lui confère une précontrainte ayant pour effet que le feuillard tend ensuite, par élasticité, à s'enrouler sur lui-même en formant une spirale compacte. Lorsque l'on cherche à dévider un tel ressort, en tirant son extrémité extérieure, l'élasticité du feuillard s'oppose à la déformation élastique qui tend à le redresser, ou même à le cintrer en sens inverse, et exerce donc un couple de rappel tendant à ramener le ressort dans sa forme spirale compacte. On connaît des enrouleurs de câble comportant (voir figure 1) un premier tambour d'enroulement du câble, et un second tambour, coaxial et lié en rotation au premier. Un ressort spirale précontraint est situé en position fixe, à côté du second tambour et dans le même plan que celui-ci. L'extrémité extérieure du ressort est fixée sur le second tambour, de sorte que, en tirant sur le câble, on provoque l'enroulement du ressort sur le dit second tambour, en dévidant le ressort qui tourne sur lui-même, en sens inverse de la rotation du tambour. L'élasticité du ressort tend à le ramener dans sa position d'origine et donc à réenrouler le câble. Dans ces systèmes, le couple de rappel exercé par le ressort reste sensiblement constant tout au long du dévidage du ressort, ce qui permet de conserver un effort de traction sur le câble sensiblement constant quelle que soit la quantité de câble déroulé. Toutefois, du fait de ce couple de rappel sensiblement constant, le réenroulement du câble se ferait de manière fortement accélérée et pour éviter cela, il est couramment prévu de munir l'enrouleur d'un système de freinage, comportant par exemple des masselottes liées en rotation au tambour d'enroulement et libres de se déplacer radialement, et venant frotter à l'intérieur d'un tambour de freinage fixe. Ce système provoque un freinage par frottement d'autant plus accentué que la vitesse de rotation du tambour d'enroulement est grande et tend donc à réguler cette vitesse. Mais un tel système n'est pas toujours fiable et de plus complique la fabrication de l'enrouleur et en accroît le coût. Dans d'autres applications de ces ressorts précontraints, leur effort ou couple de rappel sensiblement constant est également un problème, par exemple lorsque l'on souhaite que l'effort de rappel qu'ils exercent dépende de la longueur de feuillard dévidé. L'invention a pour but de résoudre ces problèmes et de fournir un ressort susceptible d'appliquer, sur tout objet auquel il est lié pour ramener cet objet dans une position de rappel, un effort prédéterminé variable en fonction de la position de l'objet par rapport à la dite position de rappel. Avec ces objectif en vue, l'invention a pour objet un ressort précontraint constitué d'un feuillard soumis sur toute sa longueur à une précontrainte de flexion, caractérisé en ce que la précontrainte est variable sur la longueur du ressort. Le ressort selon l'invention permet ainsi d'exercer un effort ou couple de rappel variable en fonction de la zone du ressort qui génère cette force ou ce couple, et donc, pour un ressort spirale, de la longueur de ressort dévidée. il est à noter que dans les applications courantes des ressorts spirales précontraints, à la différence des ressorts spirales du type ressorts d'horlogerie où le couple est créé par l'ensemble du ressort qui se détend, le couple de rappel est ici essentiellement fonction de la contrainte élastique dans la seule zone qui subit une déformation, c'est-à-dire, pour un ressort spirale, dans la zone voisine du point de tangence où le ressort quitte sa forme spirale de repos. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un ressort précontraint à partir d'un feuillard, selon lequel on soumet le feuillard en défilement sur toute sa longueur, à une déformation plastique de flexion localisée, pour y créer une précontrainte de flexion, caractérisée en ce que on fait varier la déformation de flexion au cours du défilement. Ainsi, en faisant varier la déformation de flexion, on génère dans le ressort obtenu une précontrainte variable dans la longueur du feuillard. Selon des dispositions particulières du procédé, - la déformation de flexion est réalisée par un cintrage de faible rayon du feuillard et, on fait varier le rayon de cintrage, - la déformation de flexion est réalisée en amenant le feuillard maintenu dans un guide au contact d'une butée, transversale à la direction d'amenée sensiblement rectiligne, et disposée en face du guide à une distance prédéterminée de celui-ci, moyennant quoi le feuillard est dévié selon une direction transversale à la direction d'amenée, et pour faire varier la déformation de flexion, on fait varier la dite distance au cours du défilement, - on fait varier la déformation de flexion de manière continuement croissante ou décroissante pendant le défilement, - on fait varier la déformation de flexion selon un programme prédéfini. L'invention a encore pour objet un dispositif de fabrication de ressorts spirales précontraint à partir d'un feuillard, comprenant des moyens pour entraîner le feuillard en défilement et des moyens pour soumettre le feuillard à une déformation plastique de flexion lors du défilement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier la déformation plastique au cours du défilement. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend des galets d'entraînement des feuillard, des moyens de guidage du feuillard selon une direction d'amenée, une butée située en face des moyens de guidage pour dévier le feuillard selon une direction transversale à la direction d'amenée, des moyens de déplacement de la butée pour l'approcher ou l'éloigner du guide, et des moyens de commande du déplacement de la butée au cours du défilement du feuillard. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un procédé et d'un dispositif de fabrication d'un ressort spirale précontraint conforme à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue du dispositif de fabrication destiné à générer la précontrainte du ressort, - la figure 2 est une schématique d'un autre mode de création de la précontrainte du ressort, - la figure 3 représente un exemple de courbes représentatives de la variation du couple d'un ressort spirale obtenu par le procédé selon l'invention, en fonction du nombre de tours effectués par le ressort lors de son dévidage, - la figure 4, est une vue du système de rappel d'un enrouleur de câble utilisant un ressort selon 1 ' invention, - la figure 5 est une vue d'une autre application d'un ressort selon l'invention, à un système de présentation d'un groupe d'objets en nombre variable. Le dispositif, représenté à la figure 1, de précontrainte du feuillard utilisé pour former un ressort spirale comprend des moyens d'entraînement du feuillard 1, constitué par des galets 2 entraînés en rotation de sens contraire selon les flèches 3 et qui pressent entre eux le feuillard pour l'entraîner dans le sens de défilement de la flèche F. En aval des galets d'entraînement 2, dans le sens de défilement, le dispositif comporte des moyens de guidage pour maintenir le feuillard rectiligne, comprenant un guide supérieur 4 et un guide inférieur 5. A son extrémité opposée aux galets d'entraînement, le guide supérieur 4 porte une plaquette 6 en matériau dur résistant à l'usure, par exemple en carbone de tungstène. Les guides 4 et 5 définissent entre eux un chemin de guidage pour le feuillard, débouchant sous la plaquette 6 par un orifice 7 et dont la section est sensiblement égale à celle du feuillard. En face de l'orifice 7 est placé un galet 8 de butée, monté libre en rotation sur un chariot 9 guidé en translation, selon la direction F d'amenée du feuillard, dans une glissière 10. Le chariot 9 peut être déplacé dans cette direction par des moyens de commande de déplacement tel qu'un vérin 11 relié à des moyens de pilotage 12, tel qu'un système de commande numérique, permettant de régler la distance d entre le galet 8 et la plaquette 6 et de faire varier cette distance en fonction du nombre de tours des galets d'entraînement, mesuré par des moyens de mesure de rotation 13 reliés aux dits galet 2. Le dispositif comporte aussi des moyens de guidage de sortie 14, situés au-dessus des guides d'entrée 4, 5 et des moyens de coupe à longueur des feuillards, non représentés, situés en aval du guide de sorte. A l'exception du vérin 11 et du système de pilotage 12, les divers moyens décrits ci-dessus et leur disposition relative, sont similaires à ceux mis en oeuvre dans des machines connues pour la fabrication de ressorts précontraints selon l'art antérieur, dits à couple constants. La mise en oeuvre de ces moyens pour la fabrication de ressorts spirales précontraints est réalisée comme décrit ci-dessous. Le feuillard 1, en acier texturé, est introduit entre les galets d'entraînement 3 qui l'entraînent par frottement et le poussent vers le galet de butée 8. Au contact de ce galet, le feuillard est dévié transversalement vers le haut, et passe dans le guide de sortie 14 avant d'être coupé à la longueur requise pour le ressort à fabriquer. La précontrainte du ressort ainsi formé résulte du cintrage à court rayon auquel est soumis le feuillard à sa sortie des guides d'entrée 4, 5 lorsqu'il bute sur le galet 8, ce cintrage générant dans le feuillard une déformation plastique de flexion. On comprendra que, du fait que le feuillard est guidé pratiquement sans jeu entre le guide inférieur et la plaquette 6, plus la distance d entre le bord de la plaquette 6 et le galet 8 est faible, plus le rayon de cintrage est faible, et plus cette déformation sera accentuée et donc la précontrainte du ressort sera plus forte. Conformément au procédé selon 11 invention, on fait donc varier la distance entre la plaquette 6 et le galet 8 au cours du défilement du ressort, selon une relation prédéterminée entre cette distance et la longueur du feuillard considérée à partir d'un point de celui-ci, où s'effectuera la coupe, qui constituera une extrémité du ressort fini. Pour cela, on mesure la longueur de feuillard entraîné, par exemple en mesurant le nombre de tours des galets d'entraînement ; la valeur de cette mesure est envoyée dans les moyens de pilotage 12, programmés selon la relation prédéterminée en fonction des caractéristiques de couple voulues pour le ressort, et les moyens de pilotage commandent la position du chariot 9 par l'intermédiaire du vérin 11. La longueur de défilement du feuillard peut également être mesurée par tout autre moyen approprié, et le déplacement du chariot peut aussi être commandé par d'autres moyens qu'un vérin, par exemple une came entraînée en rotation. Sur le dessin de la figure 2, on a représenté schématiquement un autre dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Dans cette variante, le feuillard 1 est entraîné par des galets 2' situés en aval des moyens de déformation plastique. Ceuxci comprennent un petit galet 15 de faible diamètre sur lequel le feuillard est appliqué par un galet poussoir 16 mobile sélon une direction transversale à la direction de défilement du feuillard. En déplaçant le galet poussoir 16, par exemple au moyen d'un vérin 17, on fait varier le rayon de cintrage du feuillard, lors de son passage sur le petit galet 15, et donc sa déformation et la précontrainte du ressort obtenu en sortie des galets d'entraînement 2'. Sur le dessin de la figure 4, on a représenté schématiquement un enrouleur de câble d'alimentation électrique d'un appareil électroménager, comportant un ressort spirale précontraint selon l'invention. L'enrouleur 20 comporte un premier tambour 21 sur lequel s'enroule le câble 22, un second tambour 23, coaxial et lié en rotation au premier tambour, et sur lequel est fixée l'extrémité 24 d'un ressort spirale 25. Le ressort 25 est situé à côté du tambour 23 dans un même plan perpendiculaire à l'axe des tambours. Le ressort 25 est monté en position fixe par rapport à l'appareil électroménager, au moyen d'un support 26. Le ressort 25 peut tourner librement autour de son axe central 27, son sens d'enroulement étant inverse du sens d'enroulement sur le second tambour lorsque l'on déroule le câble 22 en exerçant sur celui-ci une traction selon la flèche 28. Ainsi que cela a déjà été expliqué, dans un tel système, le couple de rappel exercé par le ressort 25 dépend essentiellement de la précontrainte du feuillard qui le constitue dans la zone 29 où le feuillard est déformé élastiquement pour s'enrouler sur le second tambour 23. Dans un enrouleur muni d'un ressort précontraint selon l'art antérieur, appelé ressort à couple constant, le couple de rappel du câble est donc sensiblement constant quel que soit le nombre de tours effectués par le ressort lorsqu'il est dévidé lors d'une traction sur le câble 22. En pratique, le couple propre d'un tel ressort, dit à couple constant, n'est pas exactement constant dès le début du déroulement, comme on peut le voir sur les courbes de la figures 3, représentatives du couple C en fonction du nombre de tours n effectués par le ressort, mais il croît très rapidement (partie 31 des courbes) pour se stabiliser ensuite (courbe en pointillé 32). Il s'ensuit qu'avec un tel ressort, le couple de rappel est important dès le début du rembobinage du fil, après que celui-ci ait été par exemple complètement débobiné ce qui correspond à un nombre de tours n très élevé, et en conséquence le câble se rebobine rapidement dès le début, et de manière accélérée du fait que le couple de rappel reste constant lors de la suite du rembobinage. Un ressort à couple variable conforme à l'invention permet de supprimer ou au moins de réduire ce problème. Par exemple un ressort réalisé par le procédé selon l'invention de manière que la précontrainte du feuillard diminue de l'extérieur vers l'intérieur du ressort enroulé en spirale, aura une courbe représentative du couple telle que la courbe 33 de la figure 3. C'est-àdire que le couple exercé lorsque le ressort est dévidé presque entièrement (ce qui correspond à un déroulement maximal du câble) est faible, et en conséquence le câble commencera à se rembobiner lentement. Lorsque le rembobinage se poursuit, ce qui correspond à un déplacement vers la gauche sur la courbe 33, le couple augmente, ce qui donne plus d'énergie pour le rembobinage du câble ; ceci est d'autant plus avantageux qu'alors la masse de l'enrouleur est accrue par celle du câble rembobiné. En conséquence, on arrive ainsi à obtenir un rembobinage plus régulier du câble, sans recours au système de frein à masselottes utilisé dans les enrouleurs selon l'art antérieur. Sur le dessin de la figure 5, on a représenté, à titre d'exemple, une autre application d'un ressort selon l'invention. Il s'agit d'un présentoir d'objets tels que des boîtes 40 juxtaposées horizontalement dans une glissière 41. Le présentoir comporte un carter avant 42 dans lequel est placé un ressort 43 à couple variable conforme à l'invention. L'extrémité du ressort est fixée sur un poussoir 44 guidé dans les glissières 41 et s'appuyant sur l'arrière du groupe de boîtes 40 pour les presser vers l'avant, en butée contre le carter 42. La longueur de ressort déroulée dépend donc du nombre de boîtes. Lorsqu'on retire la première boîte 40', plaquée contre le carter, le ressort doit assurer le déplacement vers l'avant de toutes les boîtes restantes. L'effort nécessaire est plus important lorsqu'il y a de nombreuses boîtes. On comprendra aisément qu'un ressort spirale réalisé conformément à l'invention, de manière à fournir un couple croissant lorsqu'il est dévidé, permettra d'assurer cet effort important lorsque le nombre de boîtes est grand, et de fournir un effort réduit lorsque le nombre de boîtes est faible. La variation du couple du ressort en fonction de sa longueur dévidée sera déterminée en fonction de chaque application, et sera transformée, pour la fabrication du ressort, en variation de la contrainte souhaitée du feuillards, et donc en une variation de la position des moyens créant cette précontrainte, par exemple sous forme d'un programme chargé dans les moyens de pilotage 12. Par le procédé selon l'invention, il sera également possible de fabriquer, pour des applications particulières, un ressort dont le couple varie de manière irrégulière en fonction de la longueur dévidée, ainsi que représenté à titre d'exemple par la courbe 34 de la figure 3. REVENDICATIONS 1. Ressort précontraint constitué d'un feuillard (1) soumis sur toute sa longueur à une précontrainte de flexion, caractérisée en ce que la précontrainte est variable sur la longueur du ressort (25). 2. Ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce que la précontrainte varie de manière croissante d'une extrémité à l'autre du ressort. 3. Ressort selon d'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la précontrainte décroît de l'extérieur vers l'intérieur du ressort enroulé en spirale. 4. Procédé de fabrication d'un ressort précontraint à partir d'un feuillard (1), selon lequel on soumet le feuillard en défilement sur toute sa longueur, à une déformation plastique de flexion localisée, pour y créer une précontrainte de flexion, caractérisée en ce que on fait varier la déformation de flexion au cours du défilement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la déformation de flexion est réalisée par un cintrage de faible rayon du feuillard et, on fait varier le rayon de cintrage. 6. Procédé selon lune des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la déformation de flexion est réalisée en amenant le feuillard (1) maintenu dans un guide (4, 5) au contact d'une butée (8), transversale à la direction d'amenée (F) sensiblement rectiligne, et disposée en face du guide à une distance (d) prédéterminée de celui-ci, moyennant quoi le feuillard est dévié selon une direction transversale à la direction d'amenée, et pour faire varier la déformation de flexion, on fait varier la dite distance au cours du défilement. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait varier la distance (d) en déplaçant la butée (8) selon la direction d'amenée du feuillard. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on fait varier la déformation de flexion de manière continuement croissante ou décroissante pendant le défilement. 9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on fait varier la déformation de flexion selon un programme prédéfini. 10. Dispositif de fabrication de ressorts spirales précontraints à partir d'un feuillard (1), comprenant des moyens (2, 2') pour entraîner le feuillard en défilement et des moyens (6, 8, 15, 16) pour soumettre le feuillard à une déformation plastique de flexion lors du défilement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (11, 17) pour faire varier la déformation plastique au cours du défilement. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des galets (2) d'entraînement des feuillard (1), des moyens de guidage (4, 5, 6) du feuillard selon une direction d'amenée (F), une butée (8) située en face des moyens de guidage pour dévier le feuillard selon une direction transversale à la direction d'amenée, des moyens (11) de déplacement de la butée pour l'approcher ou l'éloigner du guide, et des moyens de commande (12) du déplacement de la butée au cours du défilement du feuillard. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure (13) de la longueur de feuillard entraîné, et les moyens de commande du déplacement de la butée comprennent des moyens de pilotage (12) pour commander la position de la butée en fonction de la dite mesure de longueur. 13. Enrouleur de câble comportant un premier tambour (21) d'enroulement du câble (22), un second tambour (23), lié en rotation au premier tambour, et sur lequel s'enroule un ressort lors d'un déroulement du câble par traction, le dit ressort étant un ressort spirale (25) situé à côté du second tambour et enroulé sur lui-même en sens inverse du sens d'enroulement sur le second tambour, caractérisé en ce que le ressort spirale est un ressort selon l'une des revendications 1 à 3.