Brevet FR2830243A3 — publié le 20030404

FR 2830243 A3 20030404 FR 0112800 A 20010928 DISPOSITIF D'ASSISTANCE A L'INVERSION DU SENS D'UN MOUVEMENT DE VA ET VIENT La présente invention concerne le domaine du renvidage d'un fil textile sur un support afin de former une bobine lors des différentes étapes qu'implique sa production (filature, étirage, texturation,...) ou toute autre opération où il est nécessaire d'enrouler le fil sur un support (tube carton, métallique...). Le support peut être entraîné soit par son axe soit par pression sur un organe pilote. Pour réaliser une telle opération, le fil est distribué selon une génératrice le long de la bobine soit sous la forme de spires rectilignes parallèles, soit sous forme de spires ondulées, parallèles dans la même couche, mais décalées et croisées d'une couche par rapport à l'autre. En général, la vitesse de déplacement le long de la bobine est constante, l'inversion du mouvement aux extrémités des bobines étant, par contre, effectuée le plus rapidement possible afin que les bords de la bobine ne soient pas plus épais que le centre du corps de bobinage par suite d'un dépôt accru de fil. Cette inversion rapide de la direction du déplacement produit donc sur un guide-fil déplacé en va et vient, des accélérations et des décélérations très élevées au point d'inversion. On connaît de nombreuses solutions techniques pour réaliser des systèmes de va-et-vient permettant de distribuer le fil à la surface du support à la plus grande vitesse possible, pouvant atteindre 1000 à 2000 m/mn ou plus, tout en obtenant des enroulements présentant une densité parfaite sur toute leur épaisseur et pouvant être soit à flancs droits, soit présenter des flancs latéraux inclinés (bobines biconiques). Pour assurer la commande des déplacements du guide-fil, il est traditionnellement proposé d'utiliser des systèmes à came ou à tambour rainuré. Ces moyens de conception mécanique sont robustes et permettent d'atteindre des vitesses élevées mais sont dépourvus de flexibilité. Notamment, ils n'ont que de faibles possibilités d'optimiser les lois de déplacement (profils de vitesse et d'accélération) pour améliorer la qualité du bobinage. Pour obtenir une telle flexibilité, il a été proposé de monter le guidefil sur un système de va et vient soit à bras oscillant directement monté sur un moteur, soit sur un dispositif à courroie ou câble entraîné par un moteur pas à pas commandé par un microprocesseur. Cet état de la technique ressort de l'enseignement des brevets US 4 948 157 ou EP 302 461, par exemple. Il a été aussi envisagé d'assurer les déplacements du guide-fil par utilisation d'un moteur linéaire entraînant donc le dispositif de va et vient pour la dépose du fil sur la bobine. Ces moteurs sont par exemple du type de ceux utilisés en robotique, dans le secteur de l'imprimerie, de la métrologie pour tables de mesure... Il a été enfin envisagé d'assurer les déplacements du guide-fil en les intégrant directement dans des actionneurs ou moteurs linéaires. On a par exemple proposé de monter le guide fil directement sur l'ensemble mobile d'un moteur linéaire à aimants permanents plats, comme il ressort de la demande de brevet n 0107428 déposée le 7 juin 2001. On a également proposé de monter le guide fil sur un support intégrant une pluralité de bobines plongées dans un champ magnétique et mues par des forces de Laplace lorsque ces bobines sont parcourues par un courant, comme il ressort de la demande de brevet n 0108476 déposée le 27 juin 2001. Dans toutes les solutions mentionnées ci-dessus et dans lesquelles le guide-fil est soit monté sur un élément de transmission (courroie, support pivotant, curseur ou piston linéaire...), soit entraîné par un moteur, soit directement intégré dans un organe recevant des forces magnétiques ou de Laplace, l'un des principaux problèmes qui se posent est celui des pics instantanés de puissance très élevés de l'ordre de plusieurs centaines de watts, qu'il convient de fournir au niveau de la zone de renversement du sens de déplacement du guide en raison des masses en mouvement. Le problème que se propose donc de résoudre l'invention, est de créer des forces supplémentaires soulageant la motorisation principale de l'élément mobile recevant le guide-fil tout en imposant audit élément mobile, des inversions de sens plus rapides. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif d'assistance à l'inversion du sens d'un mouvement de va et vient pour le renvidage d'un fil sur un support entraîné en rotation et comportant un système de distribution du fil sous forme d'un guide-fil de dépose solidaire d'un élément mobile assujetti à des moyens de déplacement selon ledit mouvement de va et vient parallèlement à la surface dudit support avec décélération et accélération rapide au point d'inversion du mouvement de va et vient. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens aptes à créer, au niveau des zones d'inversion du sens de déplacement de l'élément mobile, des forces additionnelles du type aérodynamique et/ou pneumatique opposées au sens initial du déplacement dudit élément, pour lui imposer des inversions de sens plus rapide sans intervenir sur les moyens de déplacement. Pour résoudre le problème posé de créer des forces additionnelles, les moyens sont constitués par des buses destinées à injecter un gaz sous pression, notamment de l'air. Dans une première forme de réalisation, les buses sont alimentées en air, d'une manière continue. Dans une forme préférée de l'invention, les buses sont alimentées en air, d'une manière individuelle ou par groupes, au moyen d'électrovannes pilotées individuellement pour être coordonnées au mouvement de l'élément mobile, de sorte que les forces additionnelles ne soient créées qu'aux moments nécessaires et que les flux d'air issus des buses disposées d'une manière opposée au niveau des zones d'inversion, ne se perturbent pas. Dans un mode de réalisation conformément à l'invention, le moyen de déplacement initial de l'élément mobile est assujetti à un système de pilotage apte à créer un déplacement conforme au profil de la vitesse et de l'accélération souhaitées, générant des forces motrices principales supérieures aux forces additionnelles, de sorte que la vitesse et la trajectoire dudit élément mobile demeurent contrôlées par ledit système de pilotage. Dans une forme de réalisation, les moyens de déplacement de l'élément mobile destinés à créer les forces principales ont une configuration linéaire, et délimitent un espace dans lequel se déplace ledit élément, les buses sont disposées au moins à chaque extrémité de l'espace pour injecter l'air dans ledit espace et participer au refroidissement desdits moyens de déplacement. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective montrant un exemple d'application du dispositif d'assistance lorsque le guide-fil est mû, à titre principal, par les forces de Laplace apparaissant dans une bobine placée dans un champ magnétique afin d'assurer le déplacement de va et vient recherché du guide-fil ; - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 montrant une autre application du dispositif d'assistance dans le cas où le guide-fil est mû, à titre principal, par l'intermédiaire des forces magnétiques créées dans un moteur linéaire à aimants plats selon un fonctionnement du type pas à pas ; - la figure 3 montre un autre exemple d'application du dispositif selon l'invention, dans le cas d'un système où le guide-fil est mû, à titre principal, par un moteur relié audit guide-fil par un ensemble de poulies, câbles ou courroies ; - la figure 4 montre un autre exemple d'application du dispositif d'assistance dans le cas d'un système où le guide-fil est mû, à titre principal, par un moteur relié audit guide-fil par un bras oscillant directement monté sur l'arbre moteur. Les figures des dessins illustrent, d'une manière générale, la conception d'un activateur linéaire avec au moins deux buses placées en regard l'une de l'autre, et constituant le concept de base du dispositif d'assistance pneumatique au renversement, selon l'invention. L'invention est plus généralement adaptable à tout système de va et vient (7) permettant d'enrouler un fil (1) sur un support cylindrique (2) entraîné en rotation par exemple par contact avec un cylindre motorisé (3). Le fil (1) est réparti sur toute la longueur de la bobine (5) en passant dans un guide-fil (6) porté par un élément mobile animé d'un mouvement de va et vient entre deux positions extrêmes dans un espace sensiblement parallèle à l'axe de la bobine. Comme indiqué, la figure 1 montre un exemple de réalisation dans le cas d'un système dans lequel le guide-fil (6) est mû à titre principal par les forces de Laplace apparaissant dans une bobine placée dans un champ magnétique tel que décrit dans la demande de brevet précitée n 0107428 pour assurer le déplacement de va et vient du guide (6) nécessaire à la dépose du fil (1) sur le support (5). La figure 2 présente un exemple de réalisation dans le cas d'un système dans lequel le guide-fil est mû à titre principal par l'intermédiaire des forces magnétiques créées dans un moteur linéaire à aimant plat selon un fonctionnement de type pas à pas, comme il ressort de la demande de brevet n 0108476 pour assurer le déplacement de va et vient du guide (6) nécessaire à la dépose du fil (l) sur le support (5). Pour la réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, appliqué à l'un des deux exemples illustrés par les figures 1 ou 2, il convient de placer une ou plusieurs buses (8) à chaque extrémité du moteur ou de l'actionneur linéaire (7) qui est en général composé d'un alignement d'éléments fixes formant stator et de l'élément mobile (6) guidé linéairement et capable de se déplacer le long d'un espace faisant office d'entrefer à l'intérieur du stator. Selon ce mode de réalisation, les buses (8) sont positionnées, de sorte que les jets de gaz pénètrent dans l'espace ou entrefer où évolue l'élément mobile (6) supportant le guide-fil. Dans une forme préférentielle de l'invention, les dessins du stator et de l'élément mobile sont tels que leurs profils respectifs coopèrent pour créer entre eux un effet de piston, lequel effet sera aisément obtenu en faisant en sorte que la section de l'espace entre les deux profils par où l'air peut s'échapper, est le plus réduit possible. Par contre, on évitera tout moyen d'étanchéité engendrant contact et donc friction entre les parties fixes et mobiles. Selon ce même mode de réalisation, l'air qui circule dans l'espace ou entrefer où évolue l'élément mobile (6) est orienté pour qu'il souffle sur les bobines et circuits magnétiques de façon à les refroidir. La figure 3 illustre un mode de réalisation dans le cas d'un système où le guide-fil (6) est mû, à titre principal, par un moteur (M) relié au guidefil (6) par un ensemble de poulies (P), câbles ou courroies (C). La figure 4 montre un mode de réalisation dans le cas d'un système où le guide-fil (6) est mû, à titre principal, par un moteur (M) relié au guidefil par un bras oscillant (10) directement monté sur l'arbre moteur. Pour la réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, du type d'un des deux exemples illustrés par les figures 3 ou 4, il convient de placer une ou plusieurs buses (8) à chaque extrémité de la trajectoire de déplacement du guide-fil, cette trajectoire étant, en général, rectiligne ou curviligne. Selon ce mode de réalisation, les buses (8) sont donc alors positionnées de sorte que les jets de gaz pénètrent dans l'espace où évolue l'élément mobile supportant le guide-fil (6). Dans une forme préférentielle de l'invention, l'homme du métier fera en sorte que des éléments fixes, parois en tôle ou formes en creux, délimitent cet espace où évolue le guidefil, de sorte que l'élément mobile et lesdits éléments fixes, présentent des profils respectifs coopérant pour créer entre eux un effet de piston. Cet effet de piston sera aisément obtenu en faisant en sorte que la section de l'espace entre les deux profils par où l'air peut s'échapper, est le plus réduit possible. Par contre, il convient, comme indiqué précédemment, d'éviter tout moyen d'étanchéité engendrant contact et, donc friction, entre les parties fixes et mobiles. Selon un mode de réalisation conforme à l'invention, et quel que soit le type de moyens utilisés pour créer les forces motrices principales, les buses peuvent être alimentées par l'intermédiaire d'électrovannes commandées par microprocesseur. Les buses peuvent être commandées individuellement ou au moins avec deux électrovannes, une pour chaque extrémité du va et vient, les buses d'un même côté étant alors raccordées ensemble sur la même électrovanne. Le système électronique de pilotage commande alors l'ouverture de l'électrovanne pendant tout le temps de décélération, d'inversion de sens et de ré-accélération du mobile. La commande d'ouverture peut être déclenchée par un capteur détectant la présence des éléments mobiles à proximité du point de renversement du sens de déplacement. La commande peut aussi, et de façon préférentielle, être commandée par un calculateur qui contrôle par ailleurs les forces motrices principales de sorte que l'ouverture intervienne au moment exact du début de la phase de décélération comptetenu que cet instant est variable en fonction des changement de courses de bobinage. Selon un exemple de réalisation, un système conforme à l'invention peut, par exemple, être réalisé en disposant deux buses (une à chaque extrémité du va et vient). Chaque buse est équipée d'un orifice calibré de Imm de section, et est alimenté via une électrovanne dont la section de passage est supérieure à Imm2, à une source d'air comprimé à 6 bars. Chaque buse (8) est équipée d'une électrovanne (9) pilotée par le système qui contrôle le mouvement, de sorte qu'elle s'ouvre au moment du début de la phase de décélération et se referme au moment de la fin de la phase de ré-accélération. La commande électrique de l'électrovanne est anticipée d'un intervalle correspondant au temps de réponse (temps d'ouverture) de l'électrovanne, augmenté du temps de propagation du flux d'air. Il convient d'analyser ci-après le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le système électronique de pilotage commande l'ouverture de l'électrovanne (9) pendant tout ou partie du temps de décélération, d'inversion de sens et de ré-accélération du mobile (6). L'air injecté à haute vitesse, dans la direction opposée au mouvement de la partie mobile, vient créer une poussée aérodynamique de freinage d'autant plus importante que le mobile est proche de la buse. La section de passage entre les profils de la partie mobile et de la partie fixe étant réduite, l'air injecté par la buse a des difficultés à s'échapper, de sorte qu'une surpression s'établit dans la cavité, à l'avant de la partie mobile, créant une force par effet piston supplémentaire. L'ensemble des forces aérodynamiques et de pression viennent coopérer avec la force motrice principale pour provoquer le freinage, l'inversion de sens, puis l'accélération en sens inverse du mobile (6). L'ensemble est calibré pour que les forces supplémentaires ainsi créées, ne surpassent pas les forces motrices principales. C'est le système de pilotage de ces forces principales qui assure le contrôle de la vitesse et de la trajectoire du mobile. De cette description ressort le caractère particulièrement avantageux du dispositif, puisque des moyens simples permettent d'apporter des forces supplémentaires soulageant la motorisation principale, sans exiger de moyen supplémentaire de contrôle. Grâce à ce dispositif, il est possible d'imposer au mobile des inversions de sens plus rapides sans avoir à surcharger ou sur-dimensionner la motorisation principale. Dans le cas d'une réalisation du type de celle illustrée par les figures 1 et 2, l'air injecté, qui est de plus refroidi par la détente dans la buse, circule à haute vitesse au contact des bobines et des parties du moteur qui sont échauffées à ce moment là par la circulation des courants et des flux magnétiques maximums nécessaires à l'inversion de sens et participe par conséquent au refroidissement desdites bobines. De cette dernière caractéristique, ressort le caractère particulièrement avantageux du dispositif, puisqu'en plus des moyens simples permettant d'apporter des forces supplémentaires soulageant la motorisation principale, sans exiger de moyens supplémentaires de contrôle, l'invention permet un effet de refroidissement accentué du moteur au moment même où il reçoit les courants les plus élevés. Grâce à ce dispositif, il est possible d'imposer au mobile des inversions de sens plus rapides sans avoir à surcharger ou sur-dimensionner la motorisation principale, tout en améliorant son refroidissement et, par suite, sa longévité. REVENDICATIONS -1- Dispositif d'assistance à l'inversion du sens d'un mouvement de va et vient pour le renvidage d'un fil (1) sur un support (5) entraîné en rotation et comportant un système de distribution du fil sous forme d'un guide-fil de dépose (6) solidaire d'un élément mobile assujetti à des moyens de déplacement (7) selon ledit mouvement de va et vient parallèlement à la surface dudit support (5) avec décélération et accélération rapide au point d'inversion du mouvement de va et vient, r caractérisé en ce que : le dispositif comprend des moyens (8,9) aptes à créer, au niveau des zones d'inversion du sens de déplacement de l'élément mobile (6), des forces additionnelles du type aérodynamique et/ou pneumatique opposées au sens initial du déplacement dudit élément, pour lui imposer des inversions de sens plus rapide, sans intervenir sur les moyens de déplacement. - 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens aptes à créer les forces additionnelles sont constituées par des buses (8) destinées à injecter un gaz sous pression, notamment de l'air. - 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les buses (8) sont alimentées en air, d'une manière continue. - 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les buses (8) sont alimentées en air, d'une manière individuelle ou par groupes, au moyen d'électrovannes (9) pilotées individuellement pour être coordonnées au mouvement de l'élément mobile (6), de sorte que les forces additionnelles ne soient créées qu'aux moments nécessaires et que les flux d'air issus des buses disposées d'une manière opposée au niveau des zones de renversement, ne se perturbent pas. - 5-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de déplacement de l'élément mobile (6) est assujetti à un système de pilotage apte à créer un déplacement conforme au profil de la vitesse et de l'accélération souhaitées, générant des forces motrices principales supérieures aux forces additionnelles, de sorte que la vitesse et la trajectoire dudit élément mobile (6) demeurent contrôlées par ledit système de pilotage. - 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de déplacement de l'élément mobile (6) destinés à créer les forces principales ont une configuration linéaire, et délimitent un espace dans lequel se déplace ledit élément, les buses (8) sont disposées au moins à chaque extrémité de l'espace pour injecter l'air dans ledit espace et participer au refroidissement desdits moyens de déplacement.