Brevet FR3021641A1 — publié le 20151204

- 1 - DISPOSITIF ET PROCÉDÉ D'EMPILAGE EN CONTINU DE TISSUS COMPOSITES PRÉ-IMPRÉGNÉS Domaine de l'invention La présente invention concerne la fabrication de pièces en matériaux composites stratifiés. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif et à un procédé mécanisé d'empilage en continu de tissus composites pré-imprégnés. Brève description de l'antériorité La constitution d'objets divers en matériaux composites stratifiés se réalise traditionnellement par un empilage manuel de feuilles de tissu pré-imprégné de grandes dimensions. Les dimensions correspondent à la largeur standard de 1,30 m d'un rouleau multipliée par la longueur standard maximale de 3,80 m. Ces empilages de grandes dimensions sont ensuite découpés, modelés et assemblés pour constituer des pièces après cuisson. Cette technique se réalise à partir de rouleaux constitués d'une feuille de tissu, enduite d'un matériau liant, comprise entre deux feuilles de plastique appelées séparateurs. Cette opération se révèle longue et fastidieuse. Il faut en effet, pour réaliser ce type d'empilage, effectuer six opérations. La première consiste en la prédécoupe d'une première feuille de tissu pré-imprégné. Cette feuille est déroulée puis découpée à une certaine longueur. La deuxième opération consiste en le déplacement de cette feuille prédécoupée pour libérer la place pour une seconde feuille. La troisième opération consiste en la prédécoupe de cette seconde feuille de tissu pré-imprégné. Cette seconde feuille est découpée du rouleau à une longueur identique à la première. Les quatrième et cinquième opérations consistent en l'enlèvement des séparateurs sur toute la surface d'une face de chacune des deux feuilles. La sixième et dernière opération, l'empilage : il consiste en l'assemblage manuel des deux feuilles qui deviennent solidaires l'une de l'autre grâce à l'adhésion des deux faces exemptes de séparateur. La partie la plus longue et fastidieuse de ce mode opératoire est l'enlèvement des séparateurs à la main. Cette technique est d'autant plus désavantageuse qu'elle est à reproduire plusieurs fois pour réaliser un empilage à plus de deux couches et qu'elle nécessite l'intervention manuelle de deux opérateurs. L'art antérieur ne permet donc pas de résoudre de manière satisfaisante le problème de difficulté de réalisation d'empilage de feuilles de tissus composites pré-imprégnés. Sommaire de l'invention 3021641 - 2 - La présente invention permet d'améliorer la technique actuelle en proposant un dispositif et un procédé mécanique d'empilage en continu de tissus composites pré-imprégnés. Le procédé selon l'invention consiste en l'enlèvement mécanique d'un des deux 5 séparateurs de chacune des deux feuilles de tissu pré-imprégné provenant de deux rouleaux, puis en l'empilage mécanique en continu de ces deux feuilles par la superposition des deux faces exemptes de séparateur. Les deux phases de ce procédé innovant sont réalisées en une seule opération, continue, par le dispositif mécanisé selon l'invention. 10 Il s'agit d'un dispositif d'empilage en continu de tissus composites pré-imprégnés, chaque face desdits tissus étant recouverte d'un film séparateur, l'ensemble constituant un tissu composite stocké en rouleau. Ledit dispositif comprend un moyen supérieur de déroulement (2) de rouleau de tissu composite supérieur (11) et un moyen inférieur de déroulement (3) de rouleau de tissu composite inférieur (12), en 15 amont desquels sont disposés un moyen d'enroulement supérieur (4) d'un des films séparateurs (6) compris sur le tissu composite supérieur une fois déroulé (11) et un moyen d'enroulement inférieur (5) d'un des films séparateurs (7) compris sur le tissu composite inférieur une fois déroulé (12), en aval desdits moyens de déroulement (11, 12) sont disposés un moyen primaire de mise en tension (13) de l'autre film 20 séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et un moyen secondaire de mise en tension et d'empilage (14) de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) avec l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné inférieur (9) sur chacune de leurs faces libérées des films séparateurs. 25 Préférentiellement, l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné inférieur (9) est entraîné par un moyen tertiaire de mise en tension (13'). Avantageusement, l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu 30 composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné inférieur (9) est enroulé par un moyen d'enroulement (17) après mise en tension du moyen tertiaire de mise en tension (13'). Selon un mode de réalisation, l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au 3021641 - 3 - tissu composite pré-imprégné inférieur (9) est entreposé à plat sur une table de découpe (20) après mise en tension du moyen tertiaire de mise en tension (13'). Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif comprend un moyen de mise en rotation (21) dudit moyen supérieur de déroulement (2), dudit moyen de déroulement 5 inférieur (3) et dudit moyen primaire de mise en tension (13). Selon une variante, ledit dispositif comprend un moyen de mise en rotation (15) des moyens dudit moyen d'enroulement supérieur (4) et dudit moyen d'enroulement inférieur (5). Selon un mode préféré de réalisation, lesdits moyens primaire (13), secondaire 10 (14) et tertiaire (13') sont pilotés par un moyen de commande automatisé (19). Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de réalisation en se référent aux dessins annexés sur lesquels : 15 - La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif selon l'invention. Description détaillée des modes préférés de réalisation Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention (1) se compose d'un bâti (10) métallique présentant une zone centrale, une zone avant et une zone arrière, ces trois zones étant sensiblement verticales. Ce bâti (10) se compose d'un 20 arbre dérouleur supérieur (2) et d'un arbre dérouleur inférieur (3), situés respectivement dans une partie haute et une partie basse de ladite zone centrale. Ledit bâti (10) se compose également d'un axe enrouleur supérieur (4) et d'un axe enrouleur inférieur (5), situés respectivement dans une partie haute et une partie basse de ladite zone arrière. Ledit bâti se compose aussi d'un cylindre tendeur 25 primaire (13) situé dans une partie haute de ladite zone avant du bâti (10). Le bâti (10) présente un cylindre empileur (14) situé dans une partie basse de ladite zone avant du bâti (10). Le dispositif selon l'invention (1) comporte, au-delà de la zone avant du bâti (10), au moins un cylindre tendeur tertiaire (13') suivi soit d'un arbre enrouleur (17), soit d'une table de découpe (20). Ledit dispositif (1) comporte au 30 moins deux moteurs (15, 21). Un premier pour faire avancer l'empilage (18) et au moins un deuxième pour enrouler et le séparateur interne supérieur (6) et le séparateur interne inférieur (7). Le moteur destiné à faire avancer l'empilage, autrement appelé moteur d'empilage (21), peut être couplé à différents arbres, axes ou cylindres, afin de mettre ces derniers en rotation. Selon les différents modes de 35 réalisation du dispositif selon l'invention, ce moteur (21) peut être couplé : soit au 3021641 - 4 - cylindre empileur (14), soit au cylindre tendeur tertiaire (13'), soit à l'arbre enrouleur (17). Les arbres dérouleurs (2, 3), les cylindres tendeurs (13, 13') et empileur (14) ainsi que l'arbre enrouleur (17) sont tous montés en rotation libre sur des roulements montés en fixité sur le bâti (10) ou des éléments de support. C'est le moteur 5 d'empilage (21) qui fait tourner les arbres dérouleurs (2, 3) ainsi que le cylindre tendeur primaire (13). Ce moteur (21) est préférentiellement couplé à l'arbre enrouleur (17) de façon à entrainer également le cylindre empileur (14) et le cylindre tendeur tertiaire (13') par l'intermédiaire de l'empilage (18). Selon une variante, chaque moyen rotatif (2, 3, 13, 13', 14, 17) contribuant à l'empilage est couplé à un 10 moteur indépendant. Dans un mode particulier de fabrication du dispositif (1), le moteur destiné à enrouler les séparateurs internes (6, 7), autrement appelé moteur enrouleur (15), peut quant à lui être couplé soit à l'axe enrouleur supérieur (4) soit à l'axe enrouleur inférieur (5). Le dispositif est, dans ce cas, équipé d'un moyen de transmission (16) des efforts mécaniques de rotation d'un axe enrouleur à l'autre. Ce 15 moyen de transmission (16) des efforts est préférentiellement composé de poulies et de courroies. Selon un autre mode de réalisation, les deux axes enrouleurs inférieur (5) et supérieur (4) peuvent chacun être couplé à un moteur enrouleur indépendant. Il y a alors un moteur enrouleur supérieur (15) et un moteur enrouleur inférieur (151 Le dispositif selon l'invention est préférentiellement composé : soit d'un moteur 20 enrouleur (15) et d'un moyen de transmission (16) des forces, soit d'un moteur enrouleur (15) supérieur et d'un moteur enrouleur inférieur (15'). Ledit dispositif est composé d'un boîtier de commande (19) comprenant un moyen de réglage des vitesses de rotation des différents moteurs (15, 15', 21). Le fonctionnement dudit dispositif est le suivant : tout d'abord un premier rouleau de tissu (12) composite pré- 25 imprégné est installé fixement autour de l'arbre dérouleur inférieur (3). Ce rouleau inférieur (12) présentant un axe de rotation creux, est placé de telle sorte qu'une traction de la feuille de tissus vers l'arrière du bâti (10), en vue de dérouler ledit rouleau (12), placerait la feuille de tissu en tension depuis le haut du rouleau. Il convient ensuite de décoller le séparateur interne inférieur (7) sur toute la largeur du 30 rouleau (12) et de le fixer à un manchon creux, lui-même solidaire de l'axe enrouleur inférieur (5). Le séparateur interne inférieur (7) est donc en tension entre le rouleau inférieur (12) et le manchon fixé à l'axe enrouleur inférieur (5). La feuille de tissu inférieure (9) ainsi que le séparateur externe inférieur (7') sont quant à eux étendus vers l'avant du bâti dans l'attente de l'empilage. Un second rouleau de tissu (11) 35 composite pré-imprégné est ensuite installé fixement autour de l'arbre enrouleur 3021641 - 5 - supérieur (2). Ce rouleau supérieur (11) présentant également un axe de rotation creux, est placé de telle sorte qu'une traction de la feuille de tissus vers l'avant du bâti (10), en vue de dérouler ledit rouleau (11), placerait la feuille de tissu en tension depuis le haut du rouleau. Il convient ensuite de décoller le séparateur interne 5 supérieur (6) sur toute la largeur du rouleau (11) et de le fixer à un manchon creux, lui-même solidaire de l'axe enrouleur supérieur (4). Le séparateur interne supérieur (7) est donc en tension entre le rouleau supérieur (11) et le manchon fixé à l'axe enrouleur supérieur (4). La feuille de tissu supérieure (8) ainsi que le séparateur externe supérieur (6') sont étendus vers l'avant du bâti au dessus du cylindre tendeur 10 primaire (13). La feuille de tissu supérieure (8) est alors en contact avec le cylindre tendeur primaire (13) sur toute sa largeur. La feuille de tissu supérieure (8) ainsi que le séparateur externe supérieur (6') sont alors étendus vers la zone inférieure avant dudit bâti (10), en attente de l'empilage. Il convient maintenant de faire adhérer les deux feuilles de tissus supérieure (8) et inférieure (9) par un empilage manuel sur 15 toute la largeur des feuilles sur une longueur suffisante à la manipulation aisé de l'empilage (18) ainsi obtenu. De façon indicative, cette longueur pourra être d'environ 50 cm. Ledit empilage (18) est ensuite tiré sous le cylindre empileur (14) et tendu au dessus du cylindre tendeur tertiaire (13'). Le contact entre l'empilage (18) et le cylindre empileur (14) se fait alors au niveau du séparateur externe supérieur (6'). Le 20 contact entre l'empilage (18) et le cylindre tendeur tertiaire (13') se fait quant à lui au niveau du séparateur externe inférieur (7'). L'empilage (18) est alors tiré jusqu'à l'arbre enrouleur (17) où il est fixé à un manchon creux, lui-même solidaire de l'arbre enrouleur (17). Le dispositif est maintenant prêt à l'usage pour mettre en oeuvre le procédé d'empilage en continu selon l'invention. Le moteur d'empilage (21) est alors 25 mis en fonctionnement, la rotation de l'arbre enrouleur (17) qu'il induit permet l'enroulement de l'empilage (18) autour du manchon rigide fixé audit arbre enrouleur (17). Cet enroulement a pour but la constitution d'un nouveau rouleau de tissu composite pré-imprégné. Ce rouleau est constitué d'une feuille de tissu pré-imprégné de double épaisseur enserrée dans les séparateurs externes supérieur (6') et inférieur 30 (7') provenant des deux rouleaux initiaux (11, 12). Conjointement à la mise en fonctionnement du moteur d'empilage (21), sont mis en rotation les axes enrouleurs (4, 5). L'empilage (18) étant tiré dans le sens correspondant à une trajectoire allant de l'arrière dudit bâti vers l'avant dudit bâti, il tire également vers l'avant du bâti, les feuilles (8, 9) ainsi que les séparateurs (6', 7') correspondants provenant des rouleaux 35 de tissus (11, 12) initiaux. Cette traction des feuilles (8, 9) conjuguée à la traction des 3021641 - 6 - séparateurs internes (6, 7) par la rotation des axes enrouleurs supérieur (4) et inférieur (5), aboutit au décollement des séparateurs internes (6, 7) des feuilles de tissus pré-imprégnés (8, 9). Un boîtier de commande (19) permet alors à l'opérateur de régler les vitesses de rotation des axes enrouleurs (4, 5) conjointement au réglage 5 de la rotation de l'arbre enrouleur (17) de façon à ce que les séparateurs internes (6, 7) ainsi que les feuilles de tissus (8, 9) et l'empilage (18) soient toujours tendus. L'action d'empilage, tout comme l'empilage (18) obtenu, se réalisent sous le cylindre empileur (14) grâce aux forces de tractions provenant des moteurs, conjuguées à la réaction statique du cylindre empileur (14). Ce procédé permet d'obtenir des rouleaux 10 de tissus composites pré-imprégnés de double épaisseur. De façon préférentielle, les rouleaux obtenus, comme les rouleaux initiaux (11, 12), feront une longueur développée d'environ 200 m. Le dispositif permettra donc d'empiler en continu l'équivalent de cinquante empilages classiques obtenus après prédécoupe d'une feuille de tissu pré-imprégné provenant d'un rouleau de base. Les rouleaux de tissu 15 d'épaisseur double obtenus peuvent par la suite être empilés selon le même procédé employant ledit dispositif selon l'invention, afin d'obtenir un empilage d'épaisseur quadruple. Le dispositif (1) selon l'invention peut avantageusement être équipé d'une table de découpe (20) placée entre le cylindre tendeur tertiaire (13') et l'arbre enrouleur (17). 20 Les modifications non substantielles qui découleraient de façon évidente, pour l'homme de l'art, de l'utilisation ou de la fabrication du dispositif selon l'invention dont le brevet est ici requis sans en altérer les dispositions originales, n'en seraient que de simples équivalents techniques et entrent également dans le cadre de la présente invention. 25 ApplIcetions indlustrielles Le preçédé et le cHspetif sen l'invention sont particulièrement destinés à la fabricatim de pièces en matériaux composites stratifiés. REVENDICATIONS1) Dispositif d'empilage en continu de tissus composites pré-imprégnés, chaque face desdits tissus étant recouverte d'un film séparateur, l'ensemble constituant un tissu composite stocké en rouleau caractérisé en ce qu'il comprend un moyen supérieur de déroulement (2) de rouleau de tissu composite supérieur (11) et un moyen inférieur de déroulement (3) de rouleau de tissu composite inférieur (12), en amont desquels sont disposés un moyen d'enroulement supérieur (4) d'un des films séparateurs (6) compris sur le tissu composite supérieur une fois déroulé (11) et un moyen d'enroulement inférieur (5) d'un des films séparateurs (7) compris sur le tissu composite inférieur une fois déroulé (12), en aval desdits moyens de déroulement (11, 12) sont disposés un moyen primaire de mise en tension (13) de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et un moyen secondaire de mise en tension et d'empilage (14) de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) avec l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné inférieur (9) sur chacune de leurs faces libérées des films séparateurs. 2) Dispositif d'empilage de tissus composites selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré- imprégné inférieur (9) est entraîné par un moyen tertiaire de mise en tension (13'). 3) Dispositif d'empilage de tissus composites selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré- imprégné inférieur (9) est enroulé par un moyen d'enroulement (17) après mise en tension du moyen tertiaire de mise en tension (13'). 4) Dispositif d'empilage de tissus composites selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble empilé de l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré-imprégné supérieur (8) et l'autre film séparateur combiné au tissu composite pré- imprégné inférieur (9) est entreposé à plat sur une table de découpe (20) après mise en tension du moyen tertiaire de mise en tension (13'). 5) Dispositif d'empilage de tissus composites selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un moyen de mise en rotation (21) dudit moyen supérieur de déroulement (2), dudit moyen de déroulement inférieur (3) et dudit moyen primaire de mise en tension (13). 3021641 - 8 - 6) Dispositif d'empilage de tissus composites selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un moyen de mise en rotation (15) des moyens dudit moyen d'enroulement supérieur (4) et dudit moyen d'enroulement inférieur (5). 7) Dispositif d'empilage de tissus composites selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens primaire (13), secondaire (14) et tertiaire (13') sont pilotés par un moyen de commande automatisé (19).