Brevet FR2760471A1 — publié le 19980911

BROCHE OUADRUPLE TORSION Domaine Technique L'invention concerne un dispositif perfectionné pour le retordage d'un fil par quadruple torsion, dispositif couramment désigné par l'expression "broche quadruple torsion", expression que l'on adoptera dans la suite de la description. Techniques antérieures Pour procéder au retordage d'un fil, il est bien connu d'utiliser des broches double torsion telles que notamment décrites par le brevet US 3 640 060. Schématiquement, une broche à double torsion comporte au moins une broche verticale entraînée en rotation, un porte-enroulement concentrique à l'axe de la broche, destiné à recevoir la bobine de fil à tordre et comportant essentiellement un axe creux fixe disposé selon l'axe de la bobine, d'une embase et d'un pot de protection emmanché sur ladite embase, un plateau de renvoi rotatif, solidaire de la broche proprement dite, situé dans un plan horizontal sous le porte-enroulement et des moyens d'immobilisation dudit enroulement. Le fil de l'enroulement, pris à la défilée forme un ballon de dévidage et est engagé de haut en bas dans l'axe creux fixe et passe dans un orifice du plateau rotatif de renvoi, puis dans un élément de centrage, disposé dans le prolongement de l'axe de la broche, le fil formant le ballon entre la surface périphérique du plateau rotatif de renvoi et ledit élément de guidage, puis est ensuite renvidé de manière conventionnelle. Ainsi, pour chaque tour de broche, le fil prend d'abord une première torsion dans son trajet, depuis son point de dévidage jusqu'au plateau rotatif, puis une seconde torsion dans le ballon extérieur entre sa sortie du plateau rotatif et l'élément de centrage du ballon. L'inconvénient majeur relevé dans ce type de broche est que la torsion conférée au fil n'est que de deux tours à chaque rotation du plateau rotatif. Pour augmenter le taux de retordage, on a proposé, notamment dans le document FR 1 583 495, une broche à torsion multiple combinant dans son principe, I'utilisation de deux ensembles double torsion tels que décrits plus haut. Ainsi, de manière connue, la broche décrite par ce document comporte essentiellement deux ensembles double torsion coaxiaux, disposés dans le prolongement l'un de l'autre. Chaque ensemble double torsion comprend essentiellement un organe rotatif formant bol, comportant un conduit à l'intérieur duquel passe le fil et qui assure son guidage selon l'axe longitudinal, puis son départ vers la surface périphérique du bol, dont le fil est extrait pour être amené en formant un ballon, vers l'élément de guidage fixe situé dans le prolongement de l'axe géométrique de la broche. En outre, cette broche quadruple torsion comporte un ensemble transfert formé par une tringle galbée permettant d'amener le fil depuis l'oeillet de guidage du premier ensemble de torsion jusqu'à l'entrée du conduit du second ensemble double torsion. Ce document FR 1 583 495 prévoit des moyens mécaniques de couplage des mouvements des bols du permier et du deuxième ensemble double torsion. Plus précisément, I'élément fixe disposé entre les deux bols comporte une pluralité de passages verticaux à l'intérieur desquels sont disposés des axes rotatifs. Les extrémités de ces axes présentent des roulettes venant en contact avec la surface périphérique extérieure des bols. Ainsi, lorsque le bol inférieur entre en rotation, il entraîne par friction l'axe précité qui à son tour, via sa roulette, met le bol supérieur en rotation. En fonction du rapport des diamètres des surfaces extérieures des bols, il est possible de régler le rapport des vitesses angulaires des bols. Cette solution, si elle assure une transmission efficace, se trouve en revanche pénalisante de par sa conception mécanique. En effet, les vitesses importantes auxquelles sont soumises les différents bols engendrent des pertes mécaniques importantes au niveau des zones de friction. Par ailleurs, les frottements nécessaires au fonctionnement de cette broche élèvent fortement le niveau sonore en fonctionnement. En outre, l'utilisation d'une pluralité d'axes de transmission nécessite un réglage mécanique très précis qui s'avère difficile à analyser. Enfin, pour éviter l'entraînement de l'ensemble de transfert, supposé fixe, mais qui subit un couple engendré par la rotation des bols, doit être maintenu en position par un dispositif relativement puissant. En résumé, une telle broche présente de par sa conception mécanique de nombreux inconvénients qui l'empêchent de tourner à des vitesses suffisamment élevées. Le problème que se propose donc de résoudre l'invention est de fournir une broche quadruple torsion capable de tourner à vitesse très élevée (de l'ordre de 10 000 à 15 000 tours/mn), tout en assurant un rendement optimal, et sans engendrer de perturbations sonores excessives, ni de dégradations sur la qualité du fil retordu. En d'autres termes, le problème posé est celui de la compatibilité entre haute vitesse de rotation du fil produit, performances mécaniques et sonores ainsi que régularité et qualité. Exposé de l'invention L'invention concerne donc une broche quadruple torsion pour le retordage du fil à partir d'un enroulement disposé sur un porteenroulement fixe, du type connu comportant - deux ensembles double torsion coaxiaux, disposés dans le prolongement l'un de l'autre, chaque ensemble double torsion comprenant essentiellement un organe rotatif comportant un conduit à l'intérieur duquel passe le fil et qui assure son guidage selon l'axe longitudinal, suivi d'un départ vers la surface périphérique de l'organe rotatif dont le fil est extrait pour être amené, en formant un ballon, vers un élément de guidage fixe situé dans le prolongement de l'axe géométrique de la broche; -un ensemble de transfert interposé entre les organes rotatifs permettant le guidage du fil depuis l'élément de guidage du premier ensemble double torsion vers l'entrée axiale du conduit du deuxième ensemble double torsion. Cette broche quadruple torsion se caractérise -en ce que l'un des organes rotatifs est solidaire de l'arbre moteur de la broche et comporte une pluralité d'éléments magnétiques distribués circulairement et situés en regard d'éléments magnétiques de polarité opposée distribués circulairement sur l'autre organe rotatif, entraînant ainsi ce dernier en rotation; -et en ce que deux paires d'éléments magnétiques orientés radialement permettent d'assurer l'immobilisation en rotation de l'enroulement et de l'ensemble de transfert, les éléments de la première paire étant disposés en regard et solidaires respectivement de l'ensemble de transfert et du corps fixe de la broche, les éléments de la deuxième paire étant disposés en regard et solidaires respectivement de l'ensemble de transfert et du porte-enroulement. Autrement dit, I'invention consiste à doter les différents éléments rotatifs et fixes de la broche, d'éléments magnétiques pour assurer simultanément d'une part, le maintien en position fixe du porte -enroulement et de l'ensemble de transfert par rapport au corps de la broche, et d'autre part, le couplage de la rotation des organes rotatifs des deux ensembles double torsion. De la sorte, ce couplage s'effectue sans moyen mécanique complémentaire, ce qui n'engendre aucune perte par frottement, hormis celles inévitables dans les palliers rotatifs. La disposition des lignes d'action des éléments magnétiques, à savoir selon la verticale pour le couplage en rotation, et selon un axe radial horizontal pour l'immobilisation des parties fixes, permet avantageusement d'éviter toute interférence et toute perturbation dans ces mouvements. Dans une forme avantageuse de réalisation, les éléments magnétiques distribués circulairement sur les organes rotatifs des ensembles double torsion forment un élément annulaire monobloc. En d'autres termes, ces éléments magnétiques forment une couronne sur laquelle se succèdent des pôles magnétiques alternés en nombre égaux sur chacune de ces couronnes. L'utilisation d'un élément annulaire de révolution assure une répartition uniforme des masses tournantes, limite les balourds et évite les perturbations sonores et mécaniques. Dans une forme préférée de réalisation, L'organe rotatif du premier ensemble double torsion supporte un pot cylindrique intérieur, d'axe confondu avec l'axe de révolution et de hauteur sensiblement égale à celle de l'enroulement du fil. Autrement dit, le ballon formé par le fil dans le premier ensemble double torsion est contraint à l'intérieur d'un cylindre tournant qui accompagne le fil et élimine, au moins en partie, la friction du fil dans l'air, ce qui d'une part, augmente le rendement de la machine et d'autre part et surtout, limite la tension du fil. En pratique, le pot cylindrique intérieur est en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, la matière plastique et les matériaux composites à base de fibres de carbone. Dans une forme de réalisation préférée, l'ensemble de transfert du fil d'un ensemble double torsion à l'autre est formé d'un pot extérieur cylindrique comportant sur une de ses génératrices, des moyens d'amenée du fil du pot cylindrique intérieur jusqu'au conduit de l'organe rotatif du deuxième ensemble double torsion. Autrement dit, et toujours dans le souci de répartir les masses tournantes afin de limiter les balourds, on utilise un élément de révolution en tant qu'ensemble de transfert. Afin de bloquer convenablement la torsion, sans engendrer de tension excessive, les moyens de guidage du fil que comporte l'ensemble de transfert sont constitués par des roulettes "diabolo". On peut encore améliorer le blocage de la torsion en utilisant des roulettes freinées. Description sommaire des dessins La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description d'un mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles La figure 1 est une coupe longitudinale d'une broche quadruple torsion conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe de détail de la zone articulée. Manière de réaliser l'invention Comme déjà dit, l'invention concerne une broche quadruple torsion qui résulte, dans le principe, de l'association de deux ensembles double torsion associés à un élément de transfert du fil entre ces deux ensembles double torsion. Ainsi, le premier ensemble double torsion est constitué d'un porteenroulement (1) et d'un organe rotatif désigné par la référence générale (2) et constitué essentiellement d'un ensemble en forme de plateau. Le porte-enroulement (1) est constitué d'une partie axiale (11) destinée à pénétrer dans l'axe de la bobine et d'un disque périphérique (12) sur lequel repose la bobine (13) proprement dite. De manière connue, la partie axiale (11) est creuse pour permettre le passage du fil (F). Le porte-enroulement (1) est monté libre en rotation par rapport au plateau (2), et ce au moyen d'un jeu de deux roulements (13, 14) interposés entre un prolongement axial (21) du plateau (2) et un logement (15) en creux ménagé sous la face inférieure (16) du porte-enroulement. Le plateau supérieur (2) présente un conduit (22) formé de deux segments principaux à savoir un premier segment (23) disposé selon l'axe de rotation, et un second segment (24) débouchant sur la face latérale extérieure du plateau (2). Ce conduit (22) est équipé, dans les zones de changement de courbure, de roulettes (25) permettant de bloquer la torsion du fil, par exemple de forme "diabolo", c'est-à-dire formées par l'association de deux troncs de cône convergents. Conformément à une caractéristique de l'invention, ce plateau (2) supporte un pot tournant intérieur (26). Ce pot cylindrique (26), avantageusement réalisé en fibres de carbone est solidarisé au contour extérieur du plateau (2). I1 présente une hauteur sensiblement égale à celle de l'enroulement et comporte en dessus, dans l'axe oeillet de défilement (36). Le premier ensemble double torsion est associé à un second ensemble double torsion qui lui est coaxial et disposé en dessous. Ainsi, ce second ensemble double torsion comprend essentiellement un organe rotatif désigné par la référence générale (4) et qui épouse une forme extérieure d'un bol. Ce bol (4) comporte un conduit (43) composé de deux segments consécutifs, à savoir un premier segment (44) situé sur l'axe de la broche, et un deuxième segment (45) débouchant sur une face latérale périphérique du bol (4) via un oeillet (49). La partie inférieure de ce bol (4) se prolonge par un axe (46) relié au corps (5) de la broche par un jeu de deux roulements (51), et supportant le rotor (47) d'un moteur électrique, dont le stator (52) est solidaire du corps (5) de la broche. Comme déjà dit, les deux ensembles double torsion constituant la broche sont séparés par un ensemble de transfert portant la référence générique (3) monté libre en rotation par rapport aux organes rotatifs, à savoir le plateau (2) et le bol (4). Cet ensemble de transfert présente des moyens permettant le guidage du fil depuis l'oeillet de guidage (36) du premier ensemble double torsion, vers l'entrée axiale (44) du conduit (43) du bol (4) constituant l'élément essentiel du deuxième ensemble double torsion. Plus précisément, cet ensemble de transfert est constitué par une embase (38) qui supporte un second pot cylindrique (33) situé extérieurement au pot tournant (26), et comportant des moyens de guidage du fil du premier vers le second ensemble double torsion. Plus précisément, ce pot extérieur (33) comporte dans sa partie haute une terminaison conique (35) au sommet duquel se trouve l'oeillet de guidage (36) dans lequel est destiné à passer le fil issu du pot intérieur (26). Complémentairement, ce pot extérieur (33) présente sur une de ses génératrices, et aux zones de modification de courbure du trajet du fil des roulettes (34, 34', 34") similaires ou équivalentes à celles déjà évoquées, et qui permettent de bloquer la torsion du fil et de le transférer via un conduit (37) jusqu'à proximité de l'axe de révolution de la broche. A cet effet, le conduit de transfert (38) débouche à l'entrée du conduit axial (44) du bol (4). La liaison mécanique en libre rotation entre le plateau (2) et l'ensemble de transfert (3) est assurée par deux roulements (32) insérés entre un prolongement axial (27) du plateau (2) situé sous la face inférieure de ce plateau (2) et un logement axial (31) de l'embase (38). De manière similaire, L'embase (38) comporte sous sa face inférieure un logement (39) à l'intérieur duquel est encastré un jeu de roulements (41) qui reçoit un prolongement axial (42) du bol (4). Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le corps fixe (5) de la broche présente un prolongement (53) formant un bras s'étendant vers le haut pour venir en regard d'une partie de l'embase (38). A son extrémité haute, le bras supporte (53) un élément magnétique (54), par exemple un aimant en terres rares. Le champ magnétique de cet élément est dirigé radialement en direction du pot extérieur (33). Celui-ci présente en regard desdits éléments (54), un aimant (60) qui présente vers l'extérieur une polarité opposée, de sorte qu'il est attiré par l'aimant (54). Cet aimant (60) est encastré dans un logement prévu à cet effet dans l'enveloppe extérieur du pot (33). De la sorte, l'ensemble de transfert (3) constitué par le pot extérieur (33), et donc l'embase est maintenu immobile par rapport au corps fixe (5) de la broche. Complémentairement, le pot extérieur (33) présente également un deuxième aimant (62) disposé à proximité de sa face interne. Cet aimant (62) est en regard avec le disque (12) du porte-enroulement (1) à l'intérieur duquel est encastré un aimant (63) dont la polarité est orientée de sorte à ce qu'il attire l'aimant (62) du pot extérieur (3). De la sorte, l'enroulement (1) est maintenu fixe par rapport au corps (5) fixe de la broche. Selon une caractéristique primordiale de l'invention, le bol (4) comporte sur sa face supérieure, une couronne aimantée (64) disposée autour du logement à l'intérieur duquel pénètrent des portions de l'ensemble de transfert (3). Cette couronne (64) est réalisée en un matériau aimanté, du type en terres rares et comporte une succession alternée de pôles opposés. Complémentairement, le plateau (2) présente sous sa face inférieure, une couronne identique (65), en dimensions et en nombre de pôles. Ces deux couronnes (64, 65) sont séparées par l'embase (38) qui est bien entendu réalisée en un matériau amagnétique de manière à permettre l'interaction entre ces deux couronnes (64, 65). Cette interaction se traduit par un couplage magnétique qui permet la rotation du plateau (2) sans entraînement mécanique. La forme des couronnes (64, 65) ainsi que la disposition et l'orientation des champs magnétiques qu'elles engendrent ne doivent en aucune manière perturber l'interaction des aimants (54,60,62,63) qui restent fixes lors du fonctionnement de la broche, alors que les couronnes (64, 65) sont en rotation. Le fonctionnement de cette broche quadruple torsion est le suivant. Lorsque l'enroulement (F) de fil est disposé sur le porteenroulement, et reçoit de manière connue, des organes (6) de mise sous tension et de centrage du fil, le trajet de ce dernier est le suivant. Après avoir quitté l'enroulement (F) et pénétré dans le conduit (16) du porte-enroulement (1), le fil passe dans le plateau (2), et plus précisément dans le segment axial (23) du conduit (22) jusqu'aux roulettes (25). Ce conduit (22) et plus précisément la roulette (25), sont en rotation autour de l'axe de révolution et provoquent ainsi entre les organes de freinage (6) et ladite roulette (25) une première torsion (F1). Le fil poursuit son chemin en direction de la sortie périphérique du conduit (22). Ensuite, il remonte le long du pot tournant (26) en évitant ainsi la formation d'un ballon et donc en éliminant les frottements dans l'air, et ceci jusqu'à l'oeillet de guidage (36) après lequel il rencontre la roulette (34) qui bloque sa torsion. Ainsi, entre la roulette (25) et la roulette (34), le fil reçoit une seconde torsion (F2). Par la suite, le fil passe dans l'ensemble de transfert constitué par le conduit (37) ménagé à l'intérieur du pot (35) extérieur jusqu'à la roulette (34") qui lui permet l'entrée dans le deuxième ensemble double torsion, et plus précisément dans le conduit (45) du bol (4). Entre les roulettes (34" et 48) qui délimitent le trajet axial du fil dans le bol (4), le fil reçoit une troisième torsion (F3). A partir de la roulette (48), le fil se dirige vers l'extérieur du bol (4) et passe par l'oeillet (49). En suivant la surface extérieure du bol (4) puis en formant un ballon, le fil sort de la broche quadruple torsion par l'oeillet supérieur (70). A partir de cette sortie, il est pris en charge par un moyen de blocage de torsion non représenté, ce qui permet l'obtention d'un quatrième tour de torsion (F4). Ainsi, à chaque tour de l'axe de la broche, le fil reçoit quatre tours de torsion. Il s'ensuit que pour des vitesses de rotation de l'ordre de 10 000 tours par minute, et pour une vitesse d'appel de l'ordre de 40 mètres par minute, la torsion obtenue est de 300 tours par mètre. Avec ce type de broche, on peut traiter des fils allant d'un titre compris entre 20 et 10 000 deniers. I1 ressort de ce qui précède que la conception et l'architecture de la broche quadruple torsion conforme à l'invention présente les avantages suivants - entraînement magnétique des pièces en rotation, limitant les zones de frottement au seul pallier; - élimination du ballon correspondant à la première double torsion, et ainsi limitation de la tension de sortie du fil; simplicité mécanique et excellente répartition des masses limitant au maximum les vibrations et partant la tenue mécanique et les émissions sonores. REVENDICATIONS 1/ Broche quadruple torsion pour le retordage de fils à partir d'un enroulement disposé sur un porte-enroulement fixe (1), du type comportant: - deux ensembles double torsion coaxiaux, disposés dans le prolongement l'un de l'autre, chaque ensemble double torsion comprenant essentiellement un organe rotatif (2, 4) comportant un conduit (22, 45) à l'intérieur duquel passe le fil et qui assure son guidage selon l'axe longitudinal, suivi d'un départ vers la surface périphérique de l'organe rotatif (2, 4) dont le fil est extrait pour être amené, en formant un ballon, vers un élément de guidage (36, 70) fixe situé dans le prolongement de l'axe géométrique de la broche - un ensemble de transfert (3) interposé entre les organes rotatifs (2, 4) permettant le guidage du fil depuis l'élément de guidage (36) du premier ensemble double torsion vers l'entrée axiale du conduit (45) du deuxième ensemble double torsion; caractérisée - en ce que l'un des organes rotatifs (4) est solidaire de l'arbre moteur (46) de la broche et comporte une pluralité d'éléments magnétiques (64) distribués circulairement et situés en regard d'éléments magnétiques (65) de polarité opposée, distribués circulairement sur l'autre organe rotatif (2), entraînant ainsi ce dernier en rotation; - et en ce que deux paires d'éléments magnétiques orientés radialement permettent d'assurer l'immobilisation en rotation de l'enroulement et de l'ensemble de transfert, les éléments (60, 54) de la première paire étant disposés en regard et solidaires respectivement de l'ensemble de transfert (3) et du corps fixe (5) de la broche, les éléments (62, 63) de la deuxième paire étant disposés en regard et solidaires respectivement de l'ensemble de transfert (3) et du porte-enroulement (1). 2/ Broche quadruple torsion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments magnétiques distribués circulaire ment sur les organes rotatifs des ensembles double torsion forment un élément annulaire (64, 65) monobloc. 3/ Broche quadruple torsion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe rotatif (2) du premier ensemble double torsion supporte un pot cylindrique intérieur (26) d'axe confondu avec l'axe de révolution et de hauteur sensiblement égale à celle de l'enroulement (F) du fil. 4/ Broche quadruple torsion selon la revendication 3, caractérisée en ce que le pot cylindrique intérieur (26) est en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, la matière plastique et les matériaux composites à base de fibres de carbone. 5/ Broche quadruple torsion selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ensemble de transfert (3) est formé d'un pot extérieur cylindrique (33) comportant sur une de ses génératrices, des moyens d'amenée (37, 34, 34', 34") du fil du pot cylindrique intérieur jusqu'au conduit (37)de l'organe rotatif (4) du deuxième ensemble double torsion. 6/ Broche quadruple torsion selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens d'amenée sont constitués par des roulettes "diabolo" (34, 34', 34"). 7/ Broche quadruple torsion selon la revendication 6, caractérisée en ce que les roulettes sont freinées de manière à bloquer la torsion du fil.