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MEMOIRE DESCRIPTIF
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à.l'appui d'une deriiaride de BREVET D'INVENTION "Perfectionnements apportés aux tonneaux" Monsieur Arthur Cyril MERRON, Simplex Works, 181 Bow Road,
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LONDRES, E.3 (Grande-Bretagne). Faisant l'objet d'une première demande de brevet déposée en
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GRAND'-BRE9GNN, le 9 avril 1945, NO 8723.
La présente invention se rapporte aux tonneaux bombés et à leur procédé de fabrication. Elle a pour but : le coût de fabrication en réduisant la quantité de la main-d'oeuvre qualifiée nécessaire, et en permettant d'utiliser des matériaux moins coûteux; de réduire la tolérance admise dans la confection de tonneaux a'une capacité cubique prescri te; et, plus spécialement, à réauire les variations de la capacité cubique pendant la durée du tonneau; de réduire les pertes par fuite;
de faciliter les réparations en utilisant une forme de douve standardisée, ainsi qu'un très petit,:, nombre de douves, réduisant ainsi la quantité de maind'oeuvre qualifiée nécessaire en vue des réparations, tout en réduisant les frais de transport de ces tonneaux, grâce au fait que ceux-ci peuvent être transportés.)' en pièces détachées.
Le procédé de fabrication consiste à construire un petit nombre de larges douves, ce nombre ne dépassant pas six par tonneau,' de sorte que chacune des douves présente une forte courbure tant en longueur qu'en largeur, ces douves étant obtenues en formant préa; lableii,ent, et en assemblant à l'aiae d'un adhésif approprié, un certain nombre de feuilles, généralement de bois de placage.
Chaque feuille est découpée de manière à présenter le contour voulu de la douve finale; de plus, on découpe dans la feuille des languettes de manière à déterminer des entailles sur le pourtour de la feuille,
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ces entailles étant disposées de telle manière que lorsque leurs bords sont amenés l'un contre l'autre, la feuille acquiert immédiatement Et en substance, la forme à double courbure qu'elle doit présenter dans la douve finie.
En d'autres termes, les entailles successives sont si proches l'une de l'autre que la courbure propre qui doit être imprimée aux parties pleines comprises entre les entailles successives est assez légère pour se situer en-aeçà de la limite élastique de la matière constitutive des feuilles, de sorte que, lorsqu'une feuille est amenée à. sa forme finale, elle ne se trouve presque pas soumise à d'autre efforts qu'une simple flexion. Les feuilles préparées d'avance sont enduites à'adhésif et assemblées successivement sur ou dans un moule ou une matrice appropriée, dont la partie complémentaire esvappliquée sous pression jusqu'à la solidification de l'adhésif.
Le nombre de douves employé est déterminé par la considé- ration que, en ce qui concerne l'usage :moins il y a de douves, moins il y a de chances de fuite et moins de fentes dans lesquelles la lie peut se loger et se décomposer, mais que, par contre, plus les douves sont nombreuses, moins les frais de remplacsment a'une douve endommagée sont élevés; et que, en ce qui concerne la fabrication, moins il y a de douves, plus .le travail de leur assemblage en un tonneau est simple et plus le moulage de chaque douveest difficile.
Pour confectionner .un tonneau en une seule pièce, il serait nécessaire d'employer un autoclave et un sac en .caoutchouc ou autre moyen flexible pour l'application de la pression; ceci concerne également la fabrication en deux pièces, vu qu'avec une matrice de forme usuelle on ne pourrait pas aisément exercer la pression voulue dans des directions perpendiculaires au sens du mouvement de la matrice.
D'autre part, une douve qui s'étend seule- ment sur un sixième, et même jusque sur un quart, du pourtour d'un tonneau pout être aisément comprimée, avec une distribution presque uniforme de la pression, au moyen d'une paire de matrices de forme appropriée. moins il y a de douves, plus l'arc de cercle sur lequel chacune d'elles s'étend est important et plus grande est la rigidité de chaque douve, qui lui permet de résister aux chocs venant de l'extérieur et à la pression intérieure. En considérant ces dive facteurs, ainsi que d'autres avantages qui seront mention- n@s dans la suite, il est préférable d'établir le tonneau en quatre douves dont chacune s'étend sur 90 .
Cet angle présente encore cet autre avantage important qu'il permet de simplifier notablement la construction de supports destinés à maintenir la douve complète en vue du finissage de ses bords.
Cette méthode de construction de tonneaux a des résultats
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d'une grande importance commerciale, a savoir : toutes les douves pour un tonneau de dimensions données sont identiques et interchangeables, non seulement dans un et même tonneau, mais dans tous les tonneaux du même type. Les fonds des tonneaux, pour autant qu'ils ne soient pas établis d'un seul tenant avec les douves, sont identiques pour tous les tonneaux du même type; il en est de même en ce qui concerne les cercles de chaque modèle, bien que chaque type de tonneau comporte évidemment plusieurs modèles de cercles. L'assemblage de tonneaux en partant de quatre douves normalisées, avec fonds et cercles normalisés, n'implique pas. une grande habileté en tonnellerie.
Par conséquent, il est parfaitement possible d'expédier des tonneaux en pièces détachées vers le lieu de destination, avec les douves empilées sous un faible volume, et de les faire assembler ensuite par de la main-d'oeuvre non qualifiée. Ceci présente une importance particulière pour les exportations vers l'outremer. De plus, l'expédition de mille tonneaux se traduit simplement par une expédition de quatre mille douves interchangeables, de deux mille fonds interchangeables, et ainsi de suite, alors que, les produits usuels de la tonnellerie, lorsqu'ils se présentent en pièces détachées, comportent, pour chaque tonneau, un jeu de pièces pour ainsi dire unique, les douves étànt généralement de largeur non uniforme, et ne pouvant être assemblées, ni aucune d'elles remplacée que par des spécialistes hautement qualifiés.
Grâce à la méthode de fabrication suivant l'invention, et le caractère uniforme des douves et d'autres pièces, qui en résulte, il est possible de confectionner des tonneaux offrant une grande précision quant au cubage voulu, la différence de volume d'un tonneau à l'autre, d'un même modèle, étant très minime comparativement aux tolérances actuellement admises. La précision dans la' fabrication et le caractère de la matière feuilletée dont il est fait usage ont pour résultat que les tonneaux sont et restent étanches aux liquides, d'où suppression des fuites et des bonifications accordées à ce jour au titre de coulage.. Grâce à l'interchangeabilité des douves et autres pièces, et au nombre réduit des douves employées, la réparation de tonneaux endommagea, est facile et peu coûteuse.
Les feuilles servant à la construction des tonneaux sont généralement des feuilles de bois de placage, tandis que des feuilles d'une autre matière telle que métal ou textile, peuvent être interposées entre les feuilles de placage pour répondre à des besoins particuliers. Les feuilles de placage peuvent toutes avoir leurs fibres orientées dans le sens longitudinal des douves, les joints de couches successives étant décalés les uns par rapport aux autres.
Cependant, pour la plupart des applications, il est avantageux
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qu'il y ait au moins quelques feuilles dont les fibres sont orien- t@es transversalement. Les feuilles dont les fibres sont orientées transversalement contribuent à consolider l'ensemble et empêchent des distorsions dues à la contraction, ainsi que d'autres déformations.
Il est recommandable que les feuilles à fibres orientées transversalement soient disposées symétriquement de part et d'autre de la feuille médiane de la douve, c'est-à-dire que, si la feuille immédiatement voisine de la feuille extrême extérieure de la douve est une feuille à fibres orientées transversalement, la feuille immédiatement voisine de la feuille extrême intérieure doit également être à. fibres orientées transversalement.
Il est préférable que les feuilles à fibres orientées transversalement se trouvent dans le corps de la douve et non à sa surface,,étant donné que de telles feuilles seraient susceptibles, plus que les feuilles à fibres orientées longitudinalement, de voir leurs bords endommagés par les outils employés pour forcer les cercles en vue de les amener à leur emplacement exact.
En outre, la feuille intérieure ne doit pas nécessairement être établie en la même matière que les feuilles de surface . La matière constitutive de la feuille superficielle extérieure est déterminée par des considérations qui tiennent compte de la dureté de la surface, de l'imperméabilité à l'humidité, de l'aspect, etc.., tandis que la matière constitutive de la feuille intérieure est déterminée par la substande que le tonneau est appelé à contenir.
Par exemple, pour la plupart des applications pour lesquelles on emploie actuellement des tonneaux en chêne, un tonneau établi suivant la pr-bente invention peut présenter des feuilles superficielles, extérieures et intérieures et, si on le désire, les feuilles immediatement voisines, en bois de chêne, tandis que les feuilles du corps des douves peuvent être établies en un bois moins coûteux.
L'invention sera expliquée ci-après en se référant aux dessins annexés, lesquels représentent, à titre d'exemple, la composition et la fabrication de deux types de tonneaux différents, qui englobent l'objet de la présente invention.
Fig. 1 montre un tonneau complet, la moitié inférieure étant représentée en élévation et, la moitié supérieure, en coupe suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2.
Fig. 2 est, dans sa partie de gauons, une vue en plan de ce tonneau et, dans sa partie de droite, une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1,
Fig. 3 montre une des quatre douves dont se compose le tonneau;
Fig. 4 montre un échantillon d'une feuille dont les fibres
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sont orientées suivant le sens longitudinal de la douve, cette feuille étant découpée à la'forme voulue mais étant encoreà plat;,
Fig. 5 représente un échantillon d'une feuille dont les fibres sont orientées dans le sens transversal de la douve, cette feuille étant déjà découpée à la forme voulue, tuais étant encore à plat.
Fig. 6 est une vue d'élévation dont la moitié de gauche est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la Fig. 7, d'un autre mode de réalisation du tonneau suivant l'invention, et dans lequel les fonds sont venus en une seule pièce avec les douves.
Fig. 7 est, dans sa partie de gauche, une vue en plan et en coupe du tonneau représenté dans la Fig. 6, la coupe étant pratiquée suivant la ligne VII-VII de la Fig. 6, et, dans sa partie de droite, une vue en plan, la feuille superficielle étant enlevée dans le secteur inférieur.
@ Fig. 8 montre une feuille à fibres orientées dans le sens longitudinal de la douve, feuille destinée à une douve entrant dans la construction du tonneau suivant les Figs. 6 et 7, cette feuille étant découpée mais encore à plat.
Fig. 9 représente une feuille dont les fibres sont orientées transversalement à la douve, feuille destinée à une douve entrant dans la composition du tonneau montré dans les Figs. 6 et 7, cette feuille étant découpée,mais encore à plat ;
Fig. 10 montre une douve achevée, destinée au tonneau suivant les Figs. 6 et 7.
Le tonneau représenté dans les Figs. 1 et 2 est constitué par quatre douves 1, 2, 3,4, deux fonds 5 et 6 et un certain nombre de cercles 7.
La Fig. 4 représente la forme appropriée suivant laquelle la feuille à plat peut être découpée, et cela dans le cas de la plus grande partie des feuilles de placage, c'est-à-dire celles dont les fibres sont orientées dans le sens longitudinal du 'ton- neau. Cette feuille a l'aspect d'une série de douves, du type étroit courant, posées côte à côte et non nécessairement tout à fait séparées les unes des autres dans leur partie médiane. Elle est formée par le découpage d'une feuille de placage 8 suivant une forme approximativement rectangulaire, le rectangle ayant des côtés 9, 10 légèrement renflés,.ainsi que par le découpage d'entailles en "V" 11 dans les extrémités du rectangle. La flèche indique la direction générale des fibres.
Une feuille 12 appelée à être employée de façon que ses
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fibres forment un angle droit avec le sens longitudinal du tonneau peut être découpée suivant la forme montrée dans la Fig. 5, c'est- à-dire constituer approximativement un rectangle ayant des côtés renflés 13 et des extrémités rentrantes 14, les dits cotés étant pour vus d'entaillescourbes 15 en forme de "V" . La forme exacte -requise peut être obtenue en développant la surface de chacun des types de douve, et en dessinant sur cette surface, soit des lignes orientées dans le sens longitudinal du tonneau et convergentes à leurs extrémités -dans le cas de douves dont les fibres sont orientées dans le sens longitudinal, soit des lignes parallèles qui, en se prolongeant,
auraient fait le tour du tonneau - dans le cas de feuilles dont les fibres font un angle droit avec le sens longitudinal du tonneau. De même, on peut obtenir des formes de base appropriées pour des douves dont les fibres font un angle autre que droit avec le sens longitudinal du tonneau, et cela en développant la surface de la douve à plat, la direction des lignes qui déterminent les entailles étant choisie de manière à ne pas déterminer des languettes de bois(de placage trop peu résistantes, dont les fibres seraient orientées transversalement.
Lorsque la feuille 8 est pliée suivant sa longueur (c'est-àdire que les lignes droites transversales deviennent courbes) et que les bords des entailles 11 de cette feuille sont refermés sur eux-mêmes, la feuille possède la courbure composée voulue, ou la courbure propre, du quart de la surface du tonneau; il en est de même en ce qui concerne la feuille 12, lorsqu'on plie cette dernière suivant sa longueur, de manière à refermer les bords de ses entailles 15 sur eux-mêmes. Cependant, les feuilles ne sont soumises qu'aux faibles efforts nécessaires pour produire une courbure simple.
Les feuilles extrêmes, extérieures et intérieures, du tonneau, peuvent présenter la forme générale montréedans la Fig. 4, sans que toutes les feuilles constituant une et même douve soient identiques. Les feuilles de placage qui suivent immédiatement les feuilles extrêmes, extérieures et intérieures, peuvent présenter la forme générale montrée dans la Fig. 5.
Comme le rayon d'un tonneau est plus petit que son rayon de bombement, ces feuilles à fibres orientéestransversalement doivent être pliées plus fortement que les feuilles à fibres orientées longitudinalement; il est donc pré- féracle d'employer, immédiatement derrière chacune des feuilles extrêmes, extérieure et intérieure, deux feuilles à fibres orientées. transversalement et à donner à ces dernières la moitié de l'épaisseur de ces feuilles extrêmes.
Le;3 autres feuilles de placage peuvent être à fibres orientées longitudinalement.
Bien que de s feuilles successives diffèrent nécessairement
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quelque peu entre elles, il n'a pas été trouvé nécessaire d'employer autant de modèles de feuilles qu'il y a de feuilles dans une douve.
Il suffit généralement de prévoir cinq modèles, à savoir: un pour la feuille superficielle extérieure ; un pour les feuilles qui suivent immédiatement et dont les fibres sont orientées transversalement; deux ou plus pour la feuille superficielle intérieure, et pour la feuille immédiatement voisine dont les fibres sont orientées transversalement ; et une cinquième pour les feuilles de l'intérieur dont les fibres sont orientées dans le sens longitudinal.
Cette économie a pour résultat que certaines feuilles ne sont pas entièrement exemptes d'intervalles lorsque les bords de leurs entailles se referment sur eux-mémes, vu que ces bords ne se touchent pas sur la totalité de leur longueur; toutefois, ces intervalles sont largement obturés grâce à la légère déformation ultérieure qui se produit sous l'effet de la pression; lorsqu'ils ne sont pas entièrement obturés, ces intervalles se remplissent d'adhésif, de sorte que, finalement, la structure présente une solidité suffisante.
L'adhésif consiste de préférence en une résine synthétique. On a constaté que les résines à base de phénol-formaldéhyde conviennent à cet usage. Il est préférable que la polymérisation soit obtenue non pas entièrement par chauffage, mais aussi à l'aide d'un catalyseur, ce qui réduit le degré et la durée du traitement thermique et assure un conditionnement parfait.
Les feuilles, assemblées de manière à se toucher par leurs surfaces de contact, avec interposition d'adhésif, sont placées dans une matrice concave ayant la forme de la surface extérieure du tonneau, ou sur une contre-matrice convexe ayant la forme de la surface intérieure du tonneau, ces feuilles étant maintenues comprimées par l'organe complémentaire pendant le traitement thermique nécessaire pour la solidification de l'adhésif. Chaque feuille contribue désormais à maintenir ces voisines dans la forme voulue et, les tensions internes étant faibles, les feuilles ne risquent pas de se séparer les unes des autres. L'ensemble de la douve présente la forme indiquée dans la Fig. 3.
Il serait tout à fait impossible de déformer une feuille da placage ou de contre-plaqué d'un simple contour rectangulaire ou approximativement rectangulaire, pour lui donner la forme représentée dans cette Fig. Même une déformation ou un bombage moins complexes provoquerait de telles tensions internes qu'une rupture se produirait certainement soit pendant, soit après la fabrication.
Les règles usuelles de la tonnellerie peuvent être observées en ce qui concerne des détails tels que le fait da rendre les bords des douves non pas tout à fait radiaux, mais de les conformer en sorte qu'ils forment entre eux un angle légèrement plus pâtit; le
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fait de jabler les tonneaux au voisinage de leurs extrémités, com- me montré en 16, en vue de la pose des fonda 5 et 6, et le fait d'assujettir sous pression les douves assemblées, au moyen de cer- . des 7.
Dans le secteur supérieur de droite de la Fig. 2, on a indiqué la corde de la douve. Ceci fait ressortir que, du point de vue de la résistance aux efforts de pliage, tels qu'un choc appliqué de l'extérieur contre le pourtour du tonneau, ou du point de vue de la pression exercée par le contenu du tonneau, chaque douve constitue une poutre dont la profondeur a = R (i - cos Ó) où R est le rayon de la douve, tandis que Ó est l'angle au centre correspondant à l'arc de cercle décrit par la douve.
En d'autres termes, la profondeur de la douve est (1 - cos 30 ) =
0,13 du rayon du tonneau pour un tonneau de six douves ; elle est de
0,3 du rayon du tonneau pour un tonneau de quatre douves.
Comme la rigidité d'une poutre est fonction du cube de sa profon- deur, un tonneau de quatre douves sera douze fois aussi rigide qu'un tonneau de six douves, si l'on ne considère que la résistance des douves.
@e procédé de construction décrit ci-dessus permet d'établir les fonds du tonneau d'un seul tenant avec les douves, si on le désire. Un tonneau construit de cette manière est représenté dans les Figs. 6 et 7. La forme d'une feuille à fibres orientées longi- tudinalement, telle qu'elle se présente après le découpage, mais avant le pliage, est représentée dans la Fig. 8. tandis que la forme que présente cette feuille après avoir été courbée est montrée dans la Fig. 6 et dans le secteur supérieur de droite de la Fig. 7, laquellemontre le tonneau achevé, ainsi que dans la Fig. 10, qui montre une douve achevée.
On voit que les entailles 22 en "V" ont, en ce qui concerne les parties comprises entre la ligne médiane 17 et les lignes 18, une forme analogue à celle des entailles de la
Fig. 4 et que, au-delà de ces dernières lignes, les entailles en "V" présentent des bords droits, qui deviennent les rayons des fonds du tonneau, comme montré dans la Fig. 7. La Fig. 9 montre la forme d'une feuille dont les fibres sont orientées généralement à angle droit par rapport à l'axe du tonneau, cette feuille étant représen- tée telle qu'elle apparaît après découpage, mais avant pliage, tandis que la forme que présente cette douve après le pliage est montrée dans le secteur inférieur de droite de la Fig.
7, où la feuille de placage extrême extérieure a été enlevée, afin de montrer la feuille de placage à fibres orientées transversalement, qui se
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trouve immédiatement derrière cette feuille extrême. Les entailles 19 en "V sont généralement analogues aux entailles 15 de la Fig. 5; d'autre part, et comme les extrémités de la feuille de placagec doivent également être pliées en vue de former les fonds du tonneau, ces extrémités sont également munies d'entailles 20 en "V" ces dernières présentant une forme telle que lorsque leurs extrémités se referment sur elles-mêmes, il en résulte une courbure de la feuille de placage suivant un angle important, comme il ressort clairement de la Fig. 6.
Chaque secteur plan 21 reste tel après le pliage de la feuille de placage et constitue un quart du fond du tonneau.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour établir des tonneaux bombés, en partant d'un petit nombre de douves identiques, ce procédé consistant à former des douves présentant une courbure composite ou complexe importante (le nombre de douves par tonneau ne dépassant pas six) et obtenues par découpage de feuilles de placage que l'on munit d'encoches, par assemblage de ces feuilles au moyen de matrices et avec interposition d'adhésif entre les feuilles, et par solidification de l'adhésif.