Brevet FR2980784A1 — publié le 20130405

L'invention concerne le domaine technique des machines de transformation des matières allongées continues, notamment des fils textiles, que l'on désignera dans ce qui suit par le terme « fil », selon les procédés de retordage, « simple torsion », « double torsion », « câblage direct »... Selon ces procédés biens connus par l'homme de métier, représentés d'une manière schématique par les figures 1 et 2, au moins l'un des fils travaillés (F1) passe dans une broche de torsion (3) en entrant dans un canal axial puis radial (4) de ladite broche de torsion, débouche sur une partie cylindrique ou conique aménagée sur la périphérie d'un plateau (5) solidaire de la broche (3) et tournant avec celle ci. Compte tenu de la rotation de la broche, ce fil (F1) quitte ladite réserve et forme un ballon (6) qui entoure un pot ou berceau (7) disposé coaxialement à broche (3) avant de rejoindre un point fixe (10). Le (ou les) fils ainsi transformés (FT) sort(ent) du système avec une tension essentiellement déterminée par la combinaison de la force centrifuge, des forces aérodynamiques et des frottements subis par ledit fil dans sa rotation. Le (ou les) fils ainsi transformé(s) (FT) est (sont) généralement ensuite enroulé(s) sur un support pour former une bobine (14). Pour que la bobine se forme correctement, et notamment pour que la pression exercée par l'enroulement n'écrase pas le tube et soit stable, la tension d'enroulement du fil (FT) doit être abaissée et maintenue à une valeur aussi constante que possible. Pour abaisser la tension du fil de la valeur résultant du procédé de retordage à celle nécessaire à former un enroulement correct en forme de bobine, il est connu d'intercaler un dispositif entre la broche et le système de bobinage que l'on désignera dans ce qui suit par « délivreur ». Le délivreur est un dispositif qui tire le fil (FT) sous la tension résultant du procédé amont et le délivre sous une tension abaissée. Il existe deux grands principes de délivreurs, bien connus par l'homme de métier: - Les délivreurs à grilles où le fil est assujetti à passer en sinuant entre deux grilles en forme de disques dont les surfaces présentent des ondulations ou des reliefs conjugués. Les dites grilles sont mises en rotation de telle sorte que leur vitesse tangentielle aux points de contact avec le fil, soit sensiblement supérieure à la vitesse de défilement du fil, créant une force de traction par l'effet de la friction entre le fil et les surfaces ondulées des grilles. - Les délivreurs de type cabestan, tels que représenté par le repère (13), dans les figures 1 et 2, formés de deux godets substantiellement cylindriques, d'axe parallèle ou formant entre eux un angle. Le fil est enroulé en formant plusieurs spires passant successivement d'un godet à l'autre, l'un au moins des deux godets étant mis en rotation à une vitesse périphérique égale ou supérieure à la vitesse de défilement du fil, créant une force de traction par l'effet de la friction entre le fil et sa surface. Selon les deux principes énoncés précédemment, la vitesse de défilement du fil (FT), en sortie du délivreur, est fixée par le système disposé en aval, notamment par le dispositif de bobinage. La présente invention concerne les délivreurs de type cabestan. Le fonctionnement d'un cabestan pour abaisser la tension du fil de la valeur résultant du procédé de torsion ou de câblage à celle nécessaire à former un enroulement correct en forme de bobine, est bien connu par l'homme de métier et est décrit dans ce qui suit d'une manière succincte. Pour une vitesse relative donnée entre la surface du godet et le fil, la force de traction exercée sur le fil est substantiellement proportionnelle à l'arc d'enroulement du fil sur le godet, à la tension locale du fil et au coefficient de friction entre le fil et la surface du godet. Il est donc connu de régler la tension de bobinage en modifiant le nombre de spires de fil enroulées sur le cabestan et ainsi l'arc d'enroulement cumulé, et/ou en modifiant la vitesse relative du cabestan par rapport à la vitesse du fil. On désigne usuellement cette vitesse relative par le terme de « survitesse », puisque pour opérer un abaissement de la tension du fil, la vitesse périphérique du (ou des) godet(s) motorisé(s) doit être, au moins en un point, égale ou supérieure à la vitesse de défilement du fil. Selon les applications, la survitesse peut être réglée de zéro à plusieurs dizaines de pourcents. Le problème que se propose de résoudre la présente invention est d'obtenir une constance et une stabilité de la tension en sortie de cabestan et donc une constance et une stabilité de la tension de bobinage. La force de traction d'un cabestan et par suite la tension de sortie découlant de la friction du fil sur la surface périphérique du godet motorisé et donc de sa « survitesse » est influencée par de nombreux facteurs, notamment : la tension d'entrée sur le cabestan qui découle du procédé amont, - la matière et la structure du fil, ainsi que la présence des additifs chimiques (ensimages) appliqués sur le fil lors des procédés amont, - l'état de surface des godets du cabestan, lequel état de surface évolue au cours du temps du fait de l'usure, de l'encrassement et/ou de sa pollution apportée par les conditions ambiantes ou par le fil, - l'élasticité du fil, qui génère un raccourcissement du fait de la diminution de sa tension, de sorte que la vitesse relative entre le fil et la surface de contact évolue au sein même du cabestan, - la température et l'hygrométrie ambiante qui modifie l'élasticité du fil et le coefficient de friction entre le fil et la surface de contact, - les variations périodiques de la vitesse de défilement du fil résultant du mouvement de va et vient alternatif de bobinage. L'expérience démontre que les variations de la tension de bobinage, qu'elles soient cycliques ou en forme de dérives lentes, affectent la qualité de la bobine, sa densité, son aptitude à être dévidée, le métrage de fil bobiné ... et dégradent l'utilisation qui en est faite en aval. Pour absorber en partie les variations périodiques et/ou les à-coups de vitesses du fil, il a été proposé d'intercaler entre le cabestan et le bobinoir, un système accumulateur de fils, par exemple constitués par au moins un organe de détour mobile tel qu'une roulette ou un guide fil, et capable d'absorber par le déplacement du (ou des) organe(s) mobile(s) une longueur de fil, selon le principe connu des pantins sur les systèmes d'enroulement. Cette solution ne résout que de façon partielle les problèmes posés. Des systèmes plus sophistiques de régulation de la tension en sortie de cabestan ont été proposés, basés par exemple sur la mise en place d'un capteur de tension associé à un traitement électronique agissant sur la survitesse, mais ces systèmes sont particulièrement coûteux. Notamment pour les machines de retordage ou de câblage, constituées d'un alignement de nombreuses positions de travail côte à côte, cette solution impose de doter chaque position de travail d'une motorisation individuelle et d'un système d'asservissement individuel, au lieu d'un système d'entraînement collectif de cabestans conventionnels. Or il a été trouvé, et c'est l'objet de la présente invention un dispositif applicable pour abaisser la tension d'un fil entre le système de retordage ou de câblage direct et le système de bobinage afin de rendre la tension de bobinage plus constante et plus stable. Selon l'invention, le dispositif comporte : - un cabestan composé d'au moins un godet motorisé présentant sur au moins une partie de sa longueur un diamètre évolutif, ladite partie constituant une zone d'entrée du fil, la vitesse de rotation dudit godet étant telle qu'en au moins en un point, sa vitesse périphérique est supérieure à la vitesse d'entrainement du fil ; - au moins un guide fil positionné en amont dudit godet, au droit de la partie de diamètre évolutif, ledit guide-fil étant monté avec capacité de déplacement de manière à déplacer le point d'entrée du fil ; - un système accumulateur du fil positionné en aval du godet et présentant des agencements aptes à absorber une quantité de fil ; - des moyens de liaison entre le système accumulateur et le guide-fil conformés pour déplacer dans un sens ou dans l'autre, ledit guide-fil par rapport à la partie de diamètre évolutif du godet en fonction de l'augmentation ou de la diminution de la quantité du fil absorbé par l'accumulateur. La liaison entre le (ou les) élément(s) mobile(s) du système accumulateur et le guide fil, peut être réalisée selon tous moyens mécaniques connus par l'homme de l'art, tels que, à titre d'exemples non limitatifs, un système de biellettes, de renvois d'angle, de vis écrou, de cames, etc... De nombreuses formes de réalisation de la liaison mécanique peuvent convenir pour la réalisation de l'invention dès lors que les efforts à fournir par le (ou les) élément(s) mobile(s) du système accumulateur pour actionner le déplacement du guide fil sont sensiblement plus faibles, et de préférence inférieurs à 50% des efforts appliqués par le fil sur ledit (ou lesdits) élément(s) mobile(s). Selon un aspect important de l'invention, la tension exercée par le (ou les) élément(s) mobile(s) sur le fil déterminant la tension de bobinage, est sensiblement constante quelle que soit la position dudit (ou desdits) élément(s) mobile(s). Selon un mode de réalisation préféré, la dite tension exercée sur le fil est obtenue par le propre poids du (ou des) éléments mobiles. Selon une variante de réalisation de l'invention, cette tension est obtenue par l'action d'un ressort ou par une combinaison de son propre poids et de l'action d'un ressort. L'action du ressort peut être réglable par exemple en déplaçant son point d'accrochage Selon une autre variante de réalisation, cette tension est obtenue par l'action d'un vérin auquel on applique une pression réglable. L'invention sera mieux comprise en se reportant aux figures suivantes. - La figure 1 est un schéma général expliquant le procédé de câblage direct selon l'état de la technique, - La figure 2 est un schéma général expliquant le procédé de double torsion selon l'état de la technique, - La figure 3 est un schéma général du dispositif selon l'invention, - La figure 4 est un schéma général du dispositif selon l'invention, lorsque la quantité de fil absorbé dans le système accumulateur diminue, - La figure 5 est un schéma général du dispositif selon l'invention, lorsque la quantité de fil absorbé dans le système accumulateur augmente, - La figure 6 montre un premier exemple d'un mode de réalisation de la liaison mécanique entre le système accumulateur et le guide fil en vue de dessus, - La figure 7 montre un deuxième exemple de mode de réalisation de la liaison mécanique entre le système accumulateur et le guide fil en vue de dessus, - La figure 8 montre un deuxième exemple de mode de réalisation de la liaison mécanique entre le système accumulateur et le guide fil en vue de coté. Comme indiqué, l'invention concerne le domaine technique des machines de transformation de fils selon les procédés de retordage, « simple torsion », « double torsion », « câblage direct » , représentés d'une manière schématique par les figures 1 et 2. On renvoie à l'analyse qui en est faite, dans la partie introductive de la description. Selon l'invention, il a été conçu et mis au point un dispositif apte à abaisser la tension du fil (FT) entre le système de retordage ou de câblage direct (3 à 10) et le système de bobinage (14) afin de rendre la tension de bobinage plus constante et plus stable. Selon un mode particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, le dispositif comporte, les éléments suivants considérés en combinaison : a) un cabestan (13), dont au moins un des godets (15) présente une forme conique ou une évolution de diamètre sur au moins une partie de sa longueur située dans la zone d'entrée du fil, et dont au moins un des godets est motorisé pour tourner à une vitesse de rotation telle que sa vitesse périphérique est, au moins en un point, supérieure à la vitesse du fil, b) au moins un guide fil (17) disposé à l'entrée du dit cabestan (15), placé au droit de la forme conique ou de diamètre évolutif aménagé sur le (ou les) godet(s) (15) et doté d'une capacité de déplacement ledit guide fil est disposé, de sorte que son déplacement modifie le point d'entrée du fil (FT) sur ladite (ou les dites) partie(s) conique(s). Selon une forme de réalisation préférée, le déplacement du guide-fil (17) est sensiblement parallèle à l'axe du (ou des) partie(s) conique(s), c) un système accumulateur de fils, comportant au moins un organe de détour mobile (16), tel une roulette ou un guide fil, disposé(s) en aval du cabestan (13), et apte(s) à absorber, par le déplacement du (ou des) organe(s) mobile(s) (16), une longueur de fil selon le principe connu des pantins, d) une liaison mécanique (18) entre le (ou les) organe(s) mobile(s) (16) dudit système accumulateur et ledit guide fil (17) à l'entrée du cabestan (13), laquelle liaison mécanique (18) a pour fonction de déplacer le guide fil (17) en fonction du déplacement du (ou des) organe(s) mobile(s) (16), de telle sorte que : - lorsque la quantité de fil (FT) absorbée par le dispositif accumulateur augmente, le guide fil (17) est déplacé vers le petit diamètre de la (ou des) partie(s) conique(s) ou de diamètre évolutif pour que le fil (FT) entre sur un diamètre plus petit, - lorsque la quantité de fil (FT) absorbée par le dispositif accumulateur diminue, le guide fil (17) est déplacé en direction vers le grand diamètre de la (ou des) partie(s) conique(s) ou de diamètre évolutif pour que le fil (FT) entre sur un diamètre plus grand. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est exposé ci-après. La force de traction du fil (FT) par le cabestan découle donc de la friction de la surface périphérique du godet motorisé et donc de sa « survitesse » par rapport au fil. Lorsqu'une évolution des paramètres qui influent cette force tend à l'augmenter, la force de traction du fil (FT) par le cabestan devient trop élevée et donc la quantité de fil délivré par unité de temps s'accroît. La quantité excédentaire de fil délivré est absorbée par le système accumulateur ce qui provoque un déplacement du (ou des) organe(s) mobile(s) (16) dudit système accumulateur. La liaison mécanique (18) transmet ce déplacement au guide fil (17) de sorte que le fil (FT) aborde le cabestan sur un diamètre plus petit. Il en résulte que le fil aborde le godet en un point où la vitesse périphérique du godet est plus petite, réduisant la force de friction, et donc la force de traction du fil. Inversement, lorsqu'une évolution des paramètres qui influent cette force tend à la diminuer, la force de traction du fil (FT) par le cabestan, devient trop faible et donc la quantité de fil délivré par unité de temps se réduit. La quantité déficitaire de fil délivré est restituée par le système accumulateur ce qui provoque un déplacement en sens inverse du (ou des) organe(s) mobile(s) (16) dudit système accumulateur. La liaison mécanique (18) transmet ce déplacement au guide fil (17) de sorte que le fil (FT) aborde le cabestan sur un diamètre plus grand. Il en résulte que le fil aborde le godet en un point où la vitesse périphérique du godet est plus grande, augmentant la force de friction, et donc la force de traction du fil. Il résulte de ces explications que le dispositif établit en permanence une correction de l'efficacité du cabestan pour maintenir une quantité de fil accumulée sensiblement constante, et par conséquent une tension de bobinage en aval du dispositif sensiblement constante. La liaison mécanique entre le (ou les) élément(s) mobile(s) (16) du système accumulateur et le guide fil (17), peut être réalisée selon un quelconque moyen connu par l'homme de l'art, tel que, à titre d'exemples non limitatifs, un système de biellettes, de renvois d'angle, de vis écrou, de cames, etc... De nombreuses formes de réalisation de la liaison mécanique peuvent convenir pour la réalisation de l'invention dès lors que les efforts à fournir par le (ou les) élément(s) mobile(s) (16) du système accumulateur pour actionner le déplacement du guide fil (17), sont sensiblement plus faibles, et de préférence inférieurs à 50% des efforts appliqués par le fil (FT) sur ledit (ou lesdits) élément(s) mobile(s) (16). Deux exemples de mode de réalisation de la liaison mécanique entre le système accumulateur et le guide fil selon l'invention, sont donnés dans ce qui suit. Selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 6, le système accumulateur est constitué d'une roulette (16) disposée à l'extrémité d'un bras (19) monté avec capacité de déplacement angulaire autour d'un axe (20) et relié au guide fil (17) par une biellette (22). L'augmentation ou la diminution de la quantité de fil (FT) accumulé, se traduit par une rotation du bras (19), laquelle rotation est transformée par la biellette (22) en une translation du guide fil (17), parallèlement à l'axe du godet (15). Selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention, illustré par les figures 7 et 8, le système accumulateur est constitué d'une roulette (16) disposée à l'extrémité d'un bras (19) ayant une capacité de déplacement angulaire autour d'un axe (20) associé à un support (21) du guide fil (17) par un système vis-écrou. L'augmentation ou la diminution de la quantité de fil (FT) accumulé, se traduit par une rotation du bras (19), laquelle rotation est transformée en une translation du support (21) du guide fil (17). A titre d'exemple, le sens et le pas de vis du système vis écrou sont choisis pour qu'une rotation de +15° du bras par rapport à l'horizontal provoque une translation de l'ordre de 3 mm du guide fil (17) en direction du grand diamètre du godet (16) et qu'une rotation de -15° du bras par rapport à l'horizontal provoque une translation de l'ordre de 3 mm du guide fil (17) en direction du petit diamètre du godet (16). Selon un aspect important de l'invention, la tension exercée par le (ou les) élément(s) mobile(s) (16) sur le guide fil (17) déterminant la tension de bobinage, est sensiblement constante quelle que soit la position dudit (ou desdits) élément(s) mobile(s) (16). Selon un mode de réalisation préféré, la dite tension exercée sur le fil (FT) est obtenue par le propre poids du (ou des) élément(s) mobile(s) (16). Dans les deux exemples de réalisation précédemment exposés et illustrés par les figures 6, 7 et 8, il est avantageux de concevoir le bras (19) et sa roulette (16) tels qu'ils aient une position moyenne sensiblement horizontale, et une capacité de rotation de préférence de plus ou moins 15° autour de cette position, et qu'ils aient un poids et un centre de gravité tels, que rapportés à la roulette (16), ils représentent une force sensiblement égale au double de la tension de bobinage voulue. Ainsi, du fait du moufflage autour de la roulette, le bras (19) et la roulette (16), exercent sur le fil une tension égale à la tension de bobinage voulue. Selon une variante de réalisation de l'invention, cette tension est obtenue par l'action d'un ressort ou par une combinaison du propre poids du (ou des) élément(s) mobile(s) (16) et de l'action d'un ressort. L'action du ressort peut être réglable par exemple en déplaçant son point d'accrochage Selon une autre variante de réalisation, cette tension est obtenue par l'action d'un vérin auquel on applique une pression réglable. Les avantages de l'invention ressortent bien de la description. L'invention peut être réalisée avec des moyens mécaniques simples et relativement peu couteux. La dérive des paramètres influant l'efficacité du cabestan, sont 25 compensés par le dispositif objet de la présente invention. A titre d'exemple, le test suivant a été effectué en câblage direct de fils polyester. Une machine en fonctionnement a été volontairement soumise à des variations de température ambiante de 22°C à 45°C et à des variations d'hygrométrie de 50% à 85%. De telles variations se sont traduites, en l'absence du dispositif 20 objet de l'invention, par des variations de tensions de bobinages de plus ou moins 50 grammes autour d'une tension moyenne de bobinage de 150 grammes. Avec le dispositif objet de l'invention, dans les mêmes conditions d'expérimentation, la variation de la tension de bobinage a été réduite à plus ou moins 20 grammes autour de la valeur moyenne de bobinage. Une telle amélioration de la régularité de la tension de bobinage en cours de production, se traduit par une forte amélioration de la qualité du fil (densité, stabilité, et tension résiduelle du fil) dans la bobine. Il en résulte une nette amélioration de la qualité du fil et de la productivité dans les processus aval notamment du taux de casse au dévidage, et de la précision du métrage de fil bobiné.