Brevet FR2921858A1 — publié le 20090410

Domaine de l'invention La présente invention concerne la formation de pièces au moyen de rubans en fibres synthétiques, comme les fibres de verre ou des fibres de carbone, et elle propose une tête pour l'application des rubans précités, dans laquelle on prévoit des perfectionnements qui permettent de développer son activité fonctionnelle d'une manière avantageuse. État de la technique antérieure Au cours des dernières années, le souci de productivité des processus industriels est devenu constant, ce qui s'est traduit par la recherche de systèmes plus productifs, fiables et automatiques, dans tous les types d'industrie. 15 Les systèmes pour former des pièces avec des fibres synthétiques, comme cela est déjà habituel dans les industries aéronautiques et autres industries similaires, rencontrent généralement un grand nombre d'événements qui exigent d'arrêter les machines au cours du processus 20 d'application du ruban en fibres, comme lors des changements de rouleaux qui assurent le compactage des talons, lors des coupes à 0°, lorsque les coupes présentent certaines géométries, etc. Certains des effets négatifs de ces arrêts peuvent être minimisés à l'aide 25 de stratégies comme l'utilisation de coupes plus simples, le chevauchement de certaines opérations avec d'autres, etc. Il s'agit néanmoins de petites améliorations d'ordre quantitatif, et pas qualitatif, puisque les concepts principaux du procédé d'application de ruban restent inchangés. 30 De plus, dans les procédés d'application de ruban en fibres, les rubans sont fournis avec un papier de support qui adhère au ruban et sur lequel le ruban est maintenu jusqu'à proximité du point d'application, le papier étant ensuite séparé du ruban et collecté dans une rembobineuse, alors que le ruban en fibres poursuit vers la zone d'application. 1 35 Ce trajet du ruban attaché au papier de support correspondant, pratiquement jusqu'à la zone d'application, implique un inconvénient pour effectuer les coupes qui peuvent être nécessaires sur le ruban, puisque les coupes doivent être uniquement réalisées sur le matériau du ruban en fibres, en respectant le papier de support, ce qui exige de réduire la vitesse de circulation du ruban, voire même d'arrêter celui-ci complètement lorsqu'on procède aux coupes, et les systèmes de coupe rotatifs que l'on utilise pour des rubans en fibres étroits qui sont fournis sans papier de support, comme le système du brevet espagnol ES 2212878 au nom du demandeur, ne peuvent pas être utilisés pour de telles coupes à cause du manque de précision de ces systèmes pour couper le matériau en fibres en respectant le papier de support. Un autre inconvénient des systèmes d'application de ruban en fibres connus c'est que, pour enlever les parties découpées en excès du matériau en fibres qui résultent des coupes, la tête d'application doit être déplacée jusqu'à un collecteur dans lequel les parties découpées mentionnées sont déposées, ce qui implique des temps d'arrêt dans le procédé d'application, qui réduisent la productivité. Objectif de l'invention Conformément à l'invention, on propose des perfectionnements dans la réalisation structurelle et fonctionnelle des têtes d'application de rubans en fibres, de manière à réaliser un système qui améliore l'efficacité du procédé d'application de rubans, en minimisant les événements qui entraînent la diminution de la productivité de ce procédé. Conformément à l'invention, les rubans à appliquer sont fournis depuis un ensemble qui comprend une débobineuse pour le ruban en fibres associé au papier de support, et une rembobineuse dans laquelle le papier de support est immédiatement collecté à la sortie de la débobineuse, de sorte que le ruban en fibres est séparé vis-à-vis du papier de support immédiatement à la sortie de l'ensemble d'alimentation, le ruban en fibres passant seul, sans papier de support, sur le trajet entier à travers la tête d'application. Dans sa circulation à travers la tête d'application, le ruban en fibres passe à travers une bascule qui régule la tension, à travers des modules d'entraînement qui sont formés par des bandes à chenilles dont l'entraînement est réalisé avec une vitesse programmée, mais qui tournent librement quand le mouvement du ruban en fibres dépasse la vitesse programmée. Dans le trajet à travers la tête, le ruban en fibres passe aussi à travers un module de coupe longitudinal et à travers un système de coupe différentielle, le premier agissant au moyen de lames pilotées par des ultrasons, pour réaliser les coupes longitudinales nécessaires sur le ruban, alors que le système de coupe différentielle comprend deux unités de coupe rotatives, dont chacune est formée par un rouleau dans lequel sont incorporées une série de lames qui se projettent radialement sur la périphérie, chaque lame étant agencée sur un support rotatif qui permet d'orienter la lame, alors que les supports des différentes lames sont agencés sur le rouleau porteur en accord avec un ensemble rotatif indépendant, synchronisé avec le mouvement du ruban en fibres. Les lames des unités précitées du système de coupe différentielle présentent une arête frontale en arc et elles coopèrent avec des rouleaux de retenue en forme de rouleaux nervurés, qui permettent de réaliser des coupes transversales et inclinées tout en maintenant constante la profondeur de l'incision lorsqu'on effectue les coupes. Les lames des deux unités du système de coupe différentielle sont aussi agencées suivant une distribution en quinconce les unes par rapport aux autres, de sorte que l'on réalise au moyen des deux unités des coupes partielles qui se chevauchent entre elles, ce qui permet de déterminer des lignes de coupes continues sur les rubans en fibres, et on peut réaliser des lignes de coupe dans une direction transversale ou inclinée au moyen d'une combinaison de l'orientation des lames avec le mouvement de rotation individuel de chacune d'elles sur le rouleau porteur.35 Après la zone de coupe, en relation avec le trajet du ruban en fibres, il existe aussi un module de séparation de déchets formés par une boîte de collecte et par un rouleau équipé de brides qui peuvent être placées en projection ou en retrait par rapport à une position radiale, au moyen desquelles on détermine la déviation des morceaux en excès du ruban en fibres vers la boîte de collecte, ce qui assure ainsi l'enlèvement de ces morceaux en excès dans la circulation effective du ruban en fibres vers la zone d'application, sans devoir modifier le mouvement du ruban et par conséquent la production des rubans appliqués. Par conséquent, les perfectionnements apportés par l'invention ont des caractéristiques réellement avantageuses, et leur mise en oeuvre dans des têtes d'application pour ruban en fibres procurent des avantages vis-à-vis de têtes traditionnelles ayant la même fonction. Description des dessins La figure 1 montre une vue en perspective d'une tête d'application pour ruban en fibres selon l'invention ; 20 la figure 2 est une vue frontale de cette tête de la figure précédente ; la figure 3 est un diagramme de l'ensemble d'alimentation pour l'alimentation en ruban à appliquer, selon l'invention ; les figures 4 et 5 sont deux détails de la sortie du ruban en fibres depuis l'ensemble d'alimentation, avec la bascule de régulation de tension dans deux 25 positions respectives différentes ; la figure 6 est un diagramme du passage du rubans en fibres vers la zone d'application ; la figure 7 est un détail de la zone dans laquelle le module de coupe longitudinal de la tête d'application est situé ; 30 la figure 8 est une vue en perspective de l'ensemble pour supporter et entraîner une lame du système de coupe différentiel selon l'invention ; la figure 9 est une vue en perspective du système pour entraîner les couronnes dentées de l'ensemble de la figure précédente ; la figure 10 est une vue en perspective agrandie de l'ensemble d'une 35 unité de coupe rotative selon l'invention ;15 la figure 11 est une vue en perspective du module de séparation de déchets dans la tête d'application pour ruban en fibres de l'invention ; la figure 12 est une vue latérale du module de séparation de déchets ; la figure 13 montre un exemple d'une coupe transversale dans des segments inclinés, avec une coupe différentielle réalisée par des lames orientables selon l'invention ; et la figure 14 est un exemple de la forme qu'aurait la coupe de la figure antérieure avec des lames non orientables. Description détaillée de l'invention L'objectif de l'invention concerne des particularités qui sont incluses dans la réalisation structurelle des têtes d'application pour rubans en fibres synthétiques, destinées à former des pièces en ce matériau, de sorte qu'avec ces particularités on obtient des qualités avantageuses en termes de productivité et de flexibilité dans le procédé fonctionnel d'application des rubans en fibres mentionnés. En accord avec l'invention, dans une tête d'application pour ruban en fibres (figures 1 et 2), le ruban à appliquer est fourni depuis une bobine d'alimentation (1), et il passe suivant un trajet à travers la tête jusqu'à une zone dans laquelle un rouleau de compactage (2) le presse sur la surface d'application. La bobine (1) qui fournit le ruban est incorporée sur un arbre de déroulement (3), le ruban (4) de matériau en fibres sortant accompagné du papier de support et de protection (5) correspondant avec lequel il est enroulé sur la bobine (1), de telle sorte que, immédiatement à la sortie de la débobineuse, le ruban (4) de matériau en fibres est séparé vis-à- vis du papier (5), ce dernier étant collecté sur une bobine (6) qui est agencée sur un arbre de rembobineuse (7). Dans le cas où le ruban (4) de matériau en fibres serait pourvu d'une protection sur les deux faces, c'est-à-dire du papier (5) sur une face et d'un film en matière plastique sur l'autre face, l'arbre de rembobineuse (7) pour collecter le papier (5) serait placé sur un côté du passage pour débobiner le ruban (4), et un autre arbre de rembobineuse pour collecter le film en matière plastique serait placé de l'autre côté. À la sortie de la débobineuse, le ruban en fibres (4) passe à travers une bascule de régulation (8) qui, comme montré sur le diagramme de la figure 3, régule la tension du ruban (4), en exerçant sur celui-ci une force sous l'action d'un ressort (9) ajusté à la tension de travail, ce ressort (9) pouvant être un type quelconque de dispositif mécanique, électrique, pneumatique, etc., capable d'assurer une tension constante. L'ajustement de la tension du ruban (4) peut être varié au moyen d'instructions dans le procédé de travail de la tête d'application, cette tension étant par conséquent une valeur programmable, les ordres concernant la vitesse de l'arbre de débobineuse (3) étant établis au moyen d'une simple commande en boucle fermée de la position de la bascule de régulation (8), ce qui assure de maintenir la tension de débobinage du ruban (4) dans la totalité de la plage des vitesses et des accélérations de travail. Depuis la débobineuse d'alimentation, le ruban en fibres (4) circule par conséquent seul, sans le papier de support (5), et il est nécessaire de prévoir un système qui est capable de mener le ruban en fibres (5) jusqu'à la zone d'application, et c'est pourquoi le passage est agencé, comme montré dans le diagramme de la figure 6, à travers des modules d'entraînement (10) formés par des bandes à chenilles actionnées par des rouleaux d'entraînement (11) qui tournent à une vitesse programmée, mais tels que, au moment où le ruban en fibres (4) dépasse la vitesse de ces modules (10), le rouleau d'entraînement n'exerce pas de résistance, et se déplace librement en même temps que le ruban (4). Pour s'assurer que la vitesse d'entraînement de tous les modules (10) sur le ruban (4) soit la même, la transmission de l'entraînement des rouleaux (11) de ces modules (10) est une transmission unique. Avec cet arrangement, le système peut fonctionner : - dans un mode interpolé, dans lequel le ruban en fibres (4) est fourni au moyen des modules d'entraînement (10) de manière interpolée avec le mouvement de la tête d'application, de telle sorte que s'il existe des imprécisions provoquant l'apparition d'une déviation entre la longueur de ruban (4) qui doit être fourni et la longueur réelle imposée par la vitesse de l'application, cette dernière étant supérieure, les modules d'entraînement (10) commencent à fonctionner, empêchant une augmentation soudaine de la tension du ruban (4) ; et - dans un mode de tension contrôlée, dans lequel les modules d'entraînement (10) sont arrêtés et le ruban (4) est fourni de la manière exigée par la progression de la tête d'application, l'application étant effectuée conformément à la tension programmée dans la bascule de régulation (8). Le changement d'un mode de fonctionnement à un autre est instantané et il peut être effectué sans qu'il soit nécessaire d'arrêter le processus en cours ni réduire la vitesse d'application du ruban en fibres (4). Dans le cours de sa circulation à travers la tête d'application, le ruban en fibres (4) passe à travers un système de coupe différentiel (12) formé par deux unités de coupe rotatives qui agissent consécutivement, chacune de ces unités étant formée par une série de lames (13) qui sont agencées dans un ensemble rotatif capable d'accompagner le ruban en fibres (4) dans son mouvement, pendant la réalisation des coupes. Chacune des unités de coupe mentionnée est formée par un rouleau (14), dans lequel des lames respectives (13) sont incorporées de manière à se projeter radialement, comme on l'observe sur la figure 10, un rouleau de retenue (15) étant agencé en relation à l'ensemble des lames (13), ce rouleau de retenue étant formé par des rouleaux nervurés correspondants (15.1) à l'opposé des différentes lames (13). Chaque lame (13) est agencée (figures 8 et 9) sur un support (16) sous la forme d'un pignon conique qui engrène avec deux couronnes dentées coniques opposées (17), lesquelles sont actionnées indépendamment par des moteurs respectifs (17.1) via des pignons de transmission respectifs (17.2), comme on les observe sur la figure 9, de sorte qu'en actionnant l'une desdites couronnes dentées (17) par rapport à l'autre avec un mouvement de rotation, ou les deux couronnes dentées (17) avec des mouvements de rotation différents, on assure une rotation contrôlée du support (16), et par conséquent de la lame correspondante (13), tandis qu'en actionnant les deux couronnes dentées (17) avec un mouvement de rotation synchronisé, on obtient une rotation de la lame (13) sur le rouleau (14) de l'unité de coupe. De cette façon, au moyen du mouvement combiné des couronnes dentées (17) de l'ensemble particulier de chaque lame (13), on peut déterminer l'orientation et le positionnement individuel de chacune des lames différentes (13) afin de réaliser des segments de coupe alignés dans une direction transversale ou inclinée, alors que les coupes sont pratiquées avec la rotation synchronisée des couronnes dentées (17) des lames correspondantes (13), chaque lame (13) agissant contre le rouleau de retenue respectif (15.1). Les lames (13) des deux unités du système de coupe différentielle sont agencées en quinconce les unes par rapport aux autres, de sorte que les coupes pratiquées par les lames (13) des deux unités se chevauchent dans la direction longitudinale de ces coupes, en déterminant une ligne de coupe continue dans les segments de coupe concernés (18), comme on l'observe sur la figure 13, à la différence des coupes partielles alternées (19) qui seraient obtenues, comme montré sur la figure 14, si les lames (13) n'étaient pas orientables. Lorsque les lames (13) agissent contre les rouleaux de retenue correspondants (15.1), pour pratiquer des coupes sous des angles différents, on rencontre la difficulté que l'ajustement entre chaque lame et son rouleau de retenue doit toujours être le même, indépendamment de l'angle de coupe. Pour résoudre ce problème, les lames (13) sont dotées d'une arête de coupe frontale sous forme arquée, étant ainsi capables de s'ajuster d'une manière correspondante avec le profil nervuré des rouleaux de retenue (15.1) dans une position quelconque pour réaliser les coupes. 35 Au moyen de la coupe différentielle décrite, on peut uniquement atteindre des inclinaisons de coupe de l'ordre de 60°, puisque pour des angles plus importants, il serait nécessaire de prévoir des lames (13) plus larges que l'espace disponible entre elles, pour les coupes transversales à 0°. Par conséquent, dans le trajet du ruban en fibres (4) à travers la tête, il est prévu en outre un module de coupe longitudinal (20) qui (figure 7) comprend deux lames (21) pilotées au moyen d'ultrasons, qui peuvent être déplacées latéralement le long de la largeur de la zone de passage du ruban en fibres (4), afin de réaliser les coupes longitudinales nécessaires sur ce ruban (4). Après le passage à travers les zones de coupe, le ruban en fibres (4) passe à travers un module de séparation de déchets (22) qui, comme on l'observe sur les figures 11 et 12, comprend une boîte de collecte (23) et un rouleau (24) qui est pourvu de brides (25) que l'on peut individuellement positionner, en interférence dans la zone de passage du ruban en fibres (4), ou bien dans une position rétractée qui libère le passage du ruban (4), le mouvement de ces brides (25) pouvant être déclenché entre les positions mentionnées par tout type de dispositif d'actionnement, pneumatique, électrique, mécanique, etc. De cette façon, au moyen du positionnement des brides (25) en accord avec la programmation de coupe établie sur les rubans en fibres (4), on détermine la déviation des morceaux en excès du ruban vers la boîte de collecte dans le passage de circulation effectif du ruban (4), sans qu'il soit nécessaire de procéder à des opérations complémentaires, ni de réduire la vitesse du processus d'application. Le ruban en fibres (4) est appliqué sur la surface à former au moyen d'un seul rouleau de compactage (2) qui exerce la pression nécessaire, en déterminant un système pour séparer l'extrémité du ruban d'application (4) avec des avantages significatifs à l'égard des systèmes traditionnels à talon/rouleau, puisque : - il permet de choisir l'utilisation (déchet ou ruban à appliquer) des différents tronçons du ruban en fibres (4), rendant possible de procéder en continu à l'application du ruban avec des coupes complexes sans qu'il soit nécessaire de les préparer au préalable, puisque les déchets sont éliminés et que l'on procède ultérieurement à l'application du ruban ; - il n'exige pas de jeter ou de choisir la bande complète, ce qui permet d'appliquer des rubans en fibres (4) très courts sur la surface d'application, assurant ainsi une flexibilité même avec de grandes largeurs de ruban, et d'éliminer également des déchets très courts, ce qui réduit le pourcentage de matériau mis au rebut ; - toutes les opérations sont effectuées en continu et en une passe unique, avec l'avantage de productivité qui en résulte ; et - le papier de support (5) n'est pas utilisé lors du transfert du ruban en fibres (4) vers l'application, grâce à quoi les fluctuations de l'adhérence du matériau en fibres sur ce papier (5) n'affectent pas l'application du ruban. Revendications 1. Tête d'application pour ruban en fibres, du type destiné à appliquer des rubans en fibres (4) qui sont fournis avec un papier de support et de protection (5), caractérisée en ce que le ruban en fibres (4) à appliquer est fourni en le déroulant d'une bobine d'alimentation (1), le papier de support (5) étant immédiatement séparé à la sortie du déroulement vers une bobine de réception (6), alors que le ruban en fibres (4) circule de lui-même à travers la tête vers la zone d'application, en passant à travers des modules d'entraînement (10) formés par des bandes à chenilles, en passant à travers un module de coupe longitudinal (20) et à travers un système de coupe différentielle (12), ainsi qu'à travers un module de séparation de déchets (22) qui élimine les restes de matériau en excès dans le passage effectif du ruban en fibres (4) vers l'application. 2. Tête d'application pour ruban en fibres selon la revendication 1, caractérisée en ce que les modules d'entraînement (1) sont constitués par des bandes à chenilles qui sont entraînées par des rouleaux d'entraînement (11) avec une vitesse programmée et qui sont en rotation libre au-dessus de la vitesse programmée. 3. Tête d'application pour ruban en fibres selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le système de coupe différentielle (12) comprend deux unités de coupe rotatives qui agissent consécutivement, chacune desdites unités comprenant un rouleau (14) pourvu de lames (13) qui peuvent être orientées et positionnées individuellement pour effectuer des coupes dans une direction transversale ou inclinée, les lames (13) des deux unités de coupe rotatives étant disposées en quinconce les unes par rapport aux autres afin d'effectuer entre elles des découpes qui se chevauchent longitudinalement pour déterminer des lignes de coupe continues. 4. Tête d'application pour ruban en fibres selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque lame (13) des unités de coupes rotatives est agencée sur un support (16) sous la forme d'un pignon conique (17) enengrènement avec deux couronnes dentées coniques opposées (17), de telle façon qu'au moyen d'un entraînement en rotation différent des deux couronnes dentées (17) on obtient une rotation d'orientation de la lame, tandis qu'avec une rotation synchronisée des deux couronnes dentées (17), il se produit une rotation de la lame (13) sur le rouleau au porteur (14) pour réaliser les coupes. 5. Tête d'application pour ruban en fibres selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les lames (13) des unités de coupes rotatives présentent une arête frontale de coupe en arc, en relation avec des rouleaux de retenue nervurés correspondants (15.1), permettant de pratiquer des incisions uniformes dans des coupes inclinées. 6. Tête d'application pour rubans en fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le module de séparation de déchets (22) comprend un rouleau (24) pourvu de brides (25) qui peuvent être placées indépendamment dans une position d'interférence vis-à-vis du passage du ruban en fibres (4), pour faire dévier les morceaux de matériau à jeter en direction d'une boîte de collecte (23) lors du passage du ruban en fibres (4) vers l'application.