Brevet FR2732925A1 — publié le 19961018

La présente invention concerne un dispositif destiné à la fabrication d'objets par bobinage sur un mandrin de forme spécifique, d'une manière continue ou pratiquement continue. Les objets fabriqués peuvent être de préférence des tubes de section circulaires ou non, des éléments allongés en forme d'hélice pouvant servir à constituer des armures de renfort pour des flexibles de transpon d'hydrocarbures. Le présent domaine technique concerne notamment les produits tubulaires ou des éléments allongés cintrés en matériaux composites comportant des fibres de renfort (par exemple en verre, carbone ou aramide) enrobées par de la résine réticulable, fabriqués sur un mandrin. On connaît des tentatives pour réaliser en continu des tubes en composite verre-résine. Les machines connues comprennent au moins trois parties principales: - une section d'alimentation où l'on dispose les produits sur un mandrin: fibres de verre sous forme de mats, de tissus, de mèches enrobés de résine, - une section de cuisson où les produits ponés par le mandrin sont passés dans un four, - une section de refroidissement et de conditionnement où le tube n'est plus porté par le mandrin mais extérieurement par exemple par des galets ou des pneus, et où le tube fabriqué en continu est coupé à la longueur désirée. On peut citer la machine de marque HECKLY développée par la société ADCLO, consistant à bobiner des bandes de tissus de verre préimprégnés sur un noyau constitué d'un tube de polyamide fabriqué par collage longitudinal d'une bande. Ce tube, qui constitue le support, est maintenu à la forme cylindrique par une légère surpression interne. Mais des problèmes de fuite d'air au niveau du collage provoquent des discontinuités de la paroi en composite rendant le produit fabriqué inutilisable. Un autre procédé consiste à enrouler des bandes de tissus et des fils de verre préalablement imprégnés sur un mandrin tournant sur lequel est bobiné hélicoidalement, en sous-couche, une bande de film polyester avec un léger recouvrement, une soudure par ultrasons de ce recouvrement assurant l'étanchéité. Entre le mandrin et le support polyester, on injecte de l'air sous légère pression pour faciliter le glissement longitudinal du film sur le mandrin et du produit en composite formé sur le support Mais tout défaut au niveau de la soudure, ou perçage même microscopique dans la bande polyester, entraîne une fuite d'air qui se traduit par un bullage dans la paroi du produit composite fabriqué. Un autre procédé de fabrication en continu de tube de fort diamètre est un procédé développé par la société VERA FABRICK (Norvège). Il consiste à utiliser une bande d'acier enroulée hélicoldalement sur un mandrin comme support pour les tissus et roving imprégnés de résine durant leur mise en place et leur passage dans le four de cuisson. La bande d'acier est récupérée à l'extrémité du mandrin pour être recyclée par l'intérieur du mandrin vers l'extrémité de bobinage. Pour cela, la bande doit avoir une épaisseur suffisante pour ne pas "flamber" sous l'effet de l'effort longitudinal de poussée qui est appliqué à la bande pour obtenir son déplacement longitudinal ainsi que celui du produit.Cette épaisseur de quelques millimètres fait que la souplesse en flexion de la bande est limitée, rendant le dispositif de recyclage encombrant et limitant l'application du procédé à des tubes de fort diamètre, notamment supérieur au mètre. Ce procédé est utilisé, en particulier, pour la fabrication de tuyaux d'égouts de 1 à 3 mètres de diamètre. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif pour la fabrication d'élément en composite comportant des fibres de renfort enrobées de résine, ledit élément étant bobiné sur un mandrin entraîné en rotation autour d'un axe. Les fibres peuvent être sous forme de tissus ou de nappes. Dans le dispositif, au moins une portion de la surface extérieure du mandrin, comprise entre deux génératrices du mandrin, est mobile selon une direction parallèle à l'axe de rotation de façon à déplacer en translation ledit élément sur le mandrin. La portion mobile peut être constituée par une bande disposée parallèlement à une génératrice du mandrin. La surface extérieure du mandrin peut être constituée par une pluralité de bandes disposées sensiblement côte à côte et leurs déplacements longitudinaux peuvent être identiques. Les bandes peuvent être continues et passer d'une extrémité à l'autre du mandrin par l'intérieur dudit mandrin. Deux bandes consécutives relativement à la section du mandrin, peuvent avoir leurs extrémités dans des sections différentes. Par extrémités, il faut ici comprendre les zones où la bande change de direction pour prendre le sens du retour par l'intérieur du mandrin. Les bandes peuvent être entraînées en translation par des moyens mécaniques comprenant au moins un moteur électrique et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. Les bandes peuvent être entraînées en translation par des moyens mécaniques comprenant au moins une liaison cinématique avec la rotation du mandrin et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. Le déplacement longitudinal de la surface extérieure du mandrin peut être proportionnel au déplacement en rotation du mandrin. Dans le cas où l'élément en composite est un élément allongé fabriqué en hélice sur le mandrin, le déplacement longitudinal du mandrin peut correspondre à la longueur du pas de l'hélice pour un tour de rotation du mandrin. Le mandrin peut comporter une zone de bobinage de l'élément et une zone de réticulation de la résine de l'élément, éventuellement une zone de refroidissement. L'invention peut être appliquée à la fabrication en continu d'un élément allongé cintré en hélice sur ledit mandrin, ledit élément comportant un profilé de section U, lequel est rempli par bobinage de fibres de renfort enrobées de résine réticulable. L'invention peut être appliquée à la fabrication en continu d'un élément tubulaire, cylindrique ou non. L'invention peut aussi être utilisée dans le procédé décrit par le document FR-A-2710870 qui concerne la fabrication en série de pièces dont les moules sont disposés en hélice sur un support en forme de mandrin. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la lecture des exemples qui suivent, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles: - La figure 1 montre un schéma de principe d'une installation comportant le dispositif selon l'invention. - Les figures 2A, 2B et 2C illustrent les différents principes de réalisation de la présente invention. - Les figures 3A et 3B illustrent une réalisation desdites bandes à partir de chaînes et de patins. La figure 1 montre un dispositif 1 comportant un mandrin 2 et un support de mandrin 3. Une motorisation 4 entraîne en rotation le mandrin autour de l'axe 15. Le mandrin comporte au moins trois zones référencées 5, 6 et 7. La zone 5 correspond à la zone de bobinage du produit 10 sur le mandrin 2. Dans cet exemple, le produit 10 est constitué par un profilé 11 qui sert de moule aux nappes 12 de fibres enrobées de résine par des moyens situés en amont et non représentés ici. Le profilé l l est enroulé en hélice sur le mandrin tout en étant rempli par les fibres de renfort. La zone 6 correspond à la zone de réticulation de la résine. La référence 8 désigne un four, ou un ensemble de fours, dont la fonction est d'élever la température de la résine pour la réticuler. La zone 7 peut correspondre à un refroidissement du produit avant son stockage final. La référence 9 peut par exemple désigner des moyens de ventilation. Le produit bobiné dans la zone 5 est déplacé le long du mandrin 2, de la zone 5 à la zone 6, puis 7, par des moyens de translation incorporés dans la surface extérieure du mandrin permettant le déplacement du produit selon les flèches 14. Ainsi, le produit bobiné est fabriqué en continu, transporté dans le four, puis dégagé du mandrin sous forme de produit fini 13 pour être prêt à un stockage. Il est clair que dans le cas où le produit est tubulaire, le dispositif permet également de fabriquer un tube en continu. Un exemple de réalisation des moyens de déplacement intégrés à la surface extérieure du mandrin est décrit ci-après, à l'aide des figure 2A, 2B et 2C. La figure 2A est un schéma de principe de la coupe longitudinale du mandrin 2, constitué schématiquement par un corps central 16 et une enveloppe extérieure 17. Ces deux pièces sont solidaires entre elles, mais les éléments de solidarisation ne sont pas ici schématisés car ils compliqueraient la compréhension de la disposition. Le corps 16 est lié mécaniquement au support 3 et à la motorisation 4 (Figure 1). La rotation du corps 16 fait tourner le mandrin autour de l'axe 15. Des bandes 18 et 19 sont supportées par l'enveloppe 17 sur pratiquement toute la longueur utile du mandrin. Des galets 20 et 21 guident les bandes en extrémité du mandrin. Ces galets sont décalés longitudinalement afin de dégager de la place pour les retours des bandes dans l'espace intérieur du mandrin entre l'enveloppe 17 et le corps 16.La raison de cette disposition apparaîtra plus clairement sur la figure 2B. Une disposition semblable est employée aux deux extrémités du mandrin. Une ou plusieurs motorisations 22 provoquent le déplacement longitudinal des bandes. Les motorisations 22 peuvent être affectées à l'entraînement d'une bande, dans ce cas, des moyens de synchronisation des déplacements des bandes sont indispensables. La synchronisation peut être électrique si chaque bande est motorisée directement par un moteur électrique. La synchronisation peut être mécanique, par des pignons et chaînes. La réalisation d'une telle cinématique est à la portée d'un mécanicien. Dans une autre variante, une bande sur deux est motorisée, les bandes adjacentes non motorisées sont entraînées en translation, soit simplement par le produit bobiné autour du mandrin, soit par des liaisons mécaniques (du type créneaux ou dents) avec les bandes motorisées adjacentes. Une telle variante divise par deux le nombre de bandes motorisées, tout en ayant la même surface du mandrin en translation. La figure 2B montre une portion du mandrin en coupe. Afin que l'ensemble des bandes constitue la presque totalité de la surface sur laquelle est bobiné l'élément en composite, il faut que les bandes adjacentes soient pratiquement en contact latéral. Aussi, une bande sur deux a son galet d'extrémité situé dans une section différente de la bande adjacente. C'est le cas des bandes 23 par rapport à la bande intermédiaire 24. De plus, le retour des bandes à l'intérieur de l'enveloppe 17 se fait à des distances variables par rapport à l'axe 15. Ainsi décalée, la mécanique de maintien et d'entraînement en translation peut prendre place dans le mandrin. La forme et la section des bandes est fonction du produit bobiné sur le mandrin.De préférence, chaque bande comportera en section un arc de cercle correspondant à la surface cylindrique qu'il est souhaitable de reconstituer pour bobiner des éléments allongés en composite adaptés à fabriquer des armures de flexibles. Les bandes peuvent être réalisées à partir d'un feuillard, d'une chaîne, d'une courroie crantée recouverte d'une couche d'élastomère destinée à donner à la juxtaposition de bandes un aspect régulier, de préférence cylindrique. La figure 2C montre une variante de la figure 2B en ce que les bandes ne sont pas sensiblement jointives mais séparées par des créneaux 26, les bandes se déplaçant le long du mandrin dans des rainures 25. Une telle disposition peut permettre d'avoir plus d'espace pour la réalisation mécanique du mandrin, sans en perdre les avantages. La surface supérieure du créneau 26 peut être recouverte d'un matériau procurant une friction faible avec l'élément bobiné, ne gênant pas ainsi le déplacement en translation du produit bobiné par le moyen des bandes. Les figures 3A et 3B illustrent un exemple de réalisation des bandes 18 et 19 (figure 2A) à partir de chaînes mécaniques constituées par un ensemble de maillons, chaque maillon portant un patin dont la forme extérieure reconstitue la surface extérieure du mandrin. La figure 3A est une vue de coté simplifiée de la chaîne constituée par des maillons 30. Les maillons sont reliés les uns aux autres par des plaques 32 et les axes 31. Des plaques de support 35 en forme d'équerre permettent la fixation de patins 33 de largeur adaptée afin que, dans la partie rectiligne de la chaîne, le jeu entre patins soit minimal. Ces patins peuvent être métalliques ou en toute autre matière résistante à la température de réticulation du produit bobiné sur ledit mandrin. La figure 3B est une vue en coupe qui montre plus précisément la forme et la fixation d'un patin 33 sur un maillon et les axes 31 qui dépassent des plaques de la chaîne afin de pouvoir pénétrer dans des glissières 34. Ces glissières 34 ont une double fonction: elles jouent le rôle de l'enveloppe 17 de support de bandes (figure 2A), et celui de retenue de la chaîne lorsque celle-ci a tendance à pendre en position basse, sous le mandrin. Il est clair que l'enveloppe 17, dans le principe de la réalisation selon les figures 3A et 3B, se réduit à des guidages mécaniques du type glissière 34, ou équivalents. Il faut remarquer que, dans le cas où l'invention est réalisée avec des patins fixés sur des moyens de translation du type bandes souples ou chaînes, on peut, dans une certaine mesure, faire varier le diamètre exténeur du mandrin en changeant la forme de chaque patin. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la fabrication d'élément en composite (13) comportant des fibres de renfort (12) enrobées de résine, ledit élément étant bobiné sur un mandrin (2) entraîné en rotation autour d'un axe (15), caractérisé en ce qu'au moins une portion de la surface extérieure dudit mandrin comprise entre deux génératrices du mandrin, est mobile selon une direction parallèle à l'axe de rotation de façon à déplacer en translation ledit élément sur le mandrin. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion est constituée par au moins une bande (18, 19; 23, 24) disposée parallèlement à une génératrice du mandrin. 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure du mandrin est constituée par une pluralité de bandes disposées sensiblement côte à côte et en ce que leurs déplacements longitudinaux sont identiques. 4) Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les bandes sont continues et passent d'une extrémité à l'autre du mandrin par l'intérieur dudit mandrin. 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que deux bandes consécutives, relativement à la section du mandrin, ont leurs extrémités (20, 21) dans des sections différentes. 6) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdites bandes sont entraînées en translation par des moyens mécaniques (22) comprenant au moins un moteur électrique et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. 7) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdites bandes sont entraînées en translation par des moyens mécaniques comprenant au moins une liaison cinématique avec la rotation du mandrin et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mandrin comporte une zone de bobinage de l'élément (5) et une zone de réticulation (6) de la résine de l'élément. 9) Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes, à la fabrication en continu d'un élément (13) allongé cintré en hélice sur ledit mandrin, ledit élément comportant un profilé de section U lequel est rempli par bobinage de fibres de renfort enrobées de résine réticulable. 10) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, à la fabrication en continu d'un élément tubulaire, cylindrique ou non.