Dispositif de freinage de bobines
La présente invention concerne un dispositif
de freinage de bobines et, en particulier, un dispositif de freinage des bobines d'une machine d'enroulement en spirale pour la production de tubes.
Il faut comprendre, néanmoins, que le dispositif de freinage suivant la présente invention peut être appliqué sur n'importe quel type de machine sur laquelle sont montres des bobines qui doivent être freinées afin de mettre sous tension l'élément filiforme qui en est déroulé.
On connaît des dispositifs de freinage de bobines de machines d'enroulement en spirale pour la production de tubes. Ces types de dispositifs de freinage connus sont du type mécanique et diffèrent suivant que la
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ou des bobines à fils multiples.
Le freinage dans les machines à bobiner à fil unique (c'est-à-dire un fil enroulé sur chaque bobine) est réalisé en montant plusieurs bobines folles sur un arbre et en les espaçant les unes des autres par des disques de freinage également fous. L'ensemble formé par les bobines individuelles et par les disques est alors pressé par des leviers au moyen d'un ressort. Ce système, qui permet des rotations relatives entre les diverses bobines, permet théoriquement de dérouler les fils des bobines coaxiales entre elles avec la même tension. Toutefois, en pratique, ce système est influencé par la gravité car lors de la rotation de la roue porte-bobines les leviers sur lesquels agit le ressort prennent des positions différentes par rapport aux bobines et font par conséquent varier cycliquement la poussée qu'ils exercent sur les bobines.
De plus, lors de l'augmentation de la vitesse des enrouleuses en spirale, la force centrifuge commence aussi à influencer négativement les ressorts en faisant varier la force exercée par ceux-ci sur les bobines, ce qui rend le réglage du ressort plus difficile. On éprouve aussi ces difficultés de réglage en fonction des variations de la charge des bobines, c'est- à-dire au cours du passage de la bobine plaine à la bobine vide.
Pour tous ces motifs, ce type de système de freinage n'assure pas en pratique le déroulement des fils des bobines avec une tension constante mais cette tension peut varier, soit de fil à fil de chaque groupe individuel de bobines coaxiales entre elles, soit entre le début et la fin d'un cycle de travail, c'està-dire entre le début du travail (bobines chargées)
et la fin du travail (bobines vides).
L'autre type de freinage connu est utilisé pour les machines équipées de bobines à fils multiples, c'est-à-dire de bobines sur lesquelles sont enroulées des mèches de plusieurs fils parallèles entre eux.
Le système de freinage pour ce type de machine peut être réglé soit par la tension exercée sur la mèche de fils parallèles soit sur la base de la charge se trouvant sur la bobine (c'est-à-dire l'épaisseur des mèches qui sont encore sur la bobine). Ces deux systèmes ont recours à un système de freinage mécanique. Le premier utilise un bras articulé pourvu d'un rouleau sur lequel circule la mèche. La tension exercée sur la mèche déplace le bras qui, par un système de leviers, augmente ou diminue la pression exercée, par un patin par exemple, sur la joue de la bobine. Ce type de freinage peut être influencé par la force centrifuge
et nécessite, dès lors, un système de rappel difficile à étalonner. De plus, du fait précisément de l'inertie du système, on ne peut garantir un freinage constant
de la mèche mais on obtient un freinage qui varie continuellement autour d'une valeur constante.
Le second type de système de freinage comprend un rouleau maintenu en contact avec la mèche enroulée sur la bobine et qui se rapproche donc toujours davantage de l'axe de celle-ci au fur et à mesure du déchargement de la bobine. En se déplaçant, le rouleau fait varier
- par un système de leviers - la force de freinage exercée par un frein sur une joue de la bobine ou bien fait varier radialement le point d'application de la force de freinage sur la joue de la bobine afin de mettre en relation le freinage et la quantité de mèche qui se trouve encore sur la bobine, c'est-à-dire le degré de chargement. Ce type de système de freinage est, lui aussi, influencé négativement par la force centrifuge en raison de l'effet de celle-ci sur les divers leviers, de sorte qu'il présente également des problèmes de réglage.
En fait, ce type de système de freinage tient uniquement compte des variations de la charge de la bobine, mais pas de la tension exercée sur le fil.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de freinage des bobines d'une enrouleuse en spirale qui développe une force de freinage capable de maintenir constante la tension exercée sur les fils ou sur la mèche de fils qui sont déroulés ou qui est déroulée de la bobine ou des bobines, indépendamment de la vitesse de l'enrouleuse en spirale et de la
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L'objet de la présente invention consiste en un dispositif de freinage de bobines comprenant un disque coaxial à un arbre sur lequel est montée au moins une bobine, ledit arbre étant solidaire d'une roue portebobines, caractérisé par le fait de comprendre des moyens de freinage pneumatiques.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple, et par conséquent non limitative,
en référence aux figures des planches de dessin ciannexées dans lesquelles :
- la figure 1 montre en perspective un dispositif suivant la présente invention, certaines parties
ayant été enlevées,
- la figure 2 montre, en coupe, le dispositif tout entier et
- la figure 3 montre schématiquement un circuit de commande d'un dispositif suivant la présente invention.
Selon la conception la plus générale d'un dispositif de freinage conforme à la présente invention, ce dispositif comprend des moyens de freinage actionnés pneumatiquement ou électromagnétiquement quand, dans
ce cas, l'actionnement électromécanique est équivalent
à un actionnement pneumatique.
La figure 1 montre, en perspective, un dispositif suivant la présente invention monté sur une roue portebobines 1 d'une enrouleuse en spirale, tandis que la figure 2 montre ce même dispositif en coupe. Sur cette roue 1 se trouve au moins un arbre 2 sur lequel est chargée une bobine 3 (ou plusieurs bobines solidaires entre elles). Les arbres 2 sont de préférence à plusieurs et sont disposés par paires avec leurs axes parallèles à l'axe de rotation de la roue 1. Chaque arbre 2 est supporté par un siège 4 présent sur ladite roue 1 et chaque siège est associé à des coussinets 5. Un disque
6 est raccordé, par exemple au moyen de vis 7, à l'extrémité dudit arbre 2 opposée à l'extrémité sur laquelle est montée la bobine 3. Ces disques 6 sont
donc en porte-à-faux par rapport à la face de la roue 1 opposée à la face sur laquelle se trouvent les bobines 3. Cette roue a de préférence une structure en forme de
boite et est obtenue au moyen de tôles 8 soudées les
unes ou autres. De cette manière, on peut placer dans la roue 1 les moyens de freinage pneumatiques ou équivalents conformes à la présente invention. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, ces moyens comprennent au moins une lame déformable élastiquement munie à au moins une de ses extrémités d'un élément de freinage capable d'entrer en contact avec le disque 6 et des moyens pour déformer cette lame.
Ces lames sont de préférence au nombre de deux, c'est-à-dire une première lame 9 et une deuxième lame
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mité desquelles se trouvent des éléments de freinage, comme par exemple des pastilles 11 en un matériau
à haut coefficient de frottement tel que celui utilisé habituellement pour les freins. On peut prévoir en
outre un dispositif de rattrapage automatique de
l'usure des pastilles. Grâce à la disposition des
lames 9 et 10 sur des côtés opposés des disques 6, chaque lame peut agir simultanément sur la face de deux disques (voir la figure 2). Les moyens pour déformer
les lames 9 et 10 déformables élastiquement comprennent une chambre expansible 12 délimitée par une première paroi mobile, formée par exemple par un couvercle 13 d'un corps cylindrique 14. Cette première paroi est raccordée à la première lame 9 au moyen de deux tirants 15 munis d'une tête hexagonale 16 et d'une tige filetée 17. Ces tirants 15 fonctionnent également comme éléments de raccordement du couvercle 13 au corps cylindrique 14 vu qu'ils sont munis par exemple d'un arrêt 18, le corps cylindrique et le couvercle étant pressés l'un contre l'autre et contre ledit arrêt par
un écrou 19 vissé sur l'extrémité filetée 17 du
tirant 15'.
La chambre expansible 12 est délimitée par une seconde paroi mobile, pressant contre la seconde lame
10, qui comprend une membrane flexible 20, formée par exemple par un disque préfaçonné de tissu caoutchouté muni d'une boucle annulaire 21 dont le périmètre 22, pressé entre le couvercle 13 et le corps cylindrique
14, fonctionne aussi comme joint de la chambre expansible 12.
Ladite membrane 20 est associée à la tête 23
d'un piston et, plus particulièrement, cette tête 23 est insérée dans l'espace circulaire délimité par la boucle annulaire 21. La tige 24 du piston est raccordée de manière rigide à la deuxième lame 10, par exemple au moyen d'une plaque 25 se trouvant à l'extrémité de la tige; des éléments intermédiaires adéquats, par
exemple des douilles 26, sont intercalés entre la plaque et la lame. La plaque 25, les douilles 26 et la lame 10 sont perforées afin de permettre le passage libre d'une partie des deux tirants 15. La tige 24 est en outre coulissante par rapport à la partie supérieure 27 du corps cylindrique 14 qui est solidaire de la première paroi mobile.
La première paroi est en outre pourvue d'un orifice 28 pour l'entrée dans la chambre expansible 12 d'un fluide sous pression, comme par exemple de l'air, cet orifice étant raccordé à une tubulure adéquate 29 qui traverse la tôle 8 dans une ouverture 30. Les
moyens pour déformer élastiquement les lames 9 et 10 comprennent en outre des moyens de guidage des deux parois mobiles. Suivant une forme de réalisation particulière de la présente invention, ces moyens de guidage consistent en un tourillon 31 fixé en porte-àfaux par un pont 32 qui est fixé à son tour à la
roue 1 par des boulons 33 (on montre uniquement leur tête à la figure 1), en une perforation calibrée 34
se trouvant dans la tige 24 où on insère le tourillon
31 et en une surface de course 35, de préférence cylin- drique, délimitée par les parois externes de la tige 24 en contact avec les parois internes de la partie supérieure 27 du corps cylindrique 14.
Le pont 32 susdit constitue l'élément qui joint tout le dispositif de freinage suivant la 'présente invention à la roue porte-bobines 1. En fait, le tourillon 31, outre qu'il forme l'élément de guidage de la tige 24 du piston et indirectement - par l'intermédiaire de la surface de course 35 - l'élément de guidage du corps cylindrique 14, constitue l'élément au moyen duquel les deux lames 9 et 10 sont raccordées au pont. De fait, sur l'extrémité filetée 36 du tourillon 31 est vissé un boulon 37 qui presse la première lame. 9 contre le pont 32, le pont contre la deuxième lame 10 et cette dernière contre un rebord 38 solidaire du tourillon 31. Les lames 9 et 10 sont donc fixées au pont par leur milieu et y sont encastrées dans deux rainures (voir la figure 1) qui en empêchent la rotation quand elles agissent contre les deux
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De plus, le pont 32 a la forme d'un S dont les extrémités 40 sont inclinées par rapport à l'axe de
la partie centrale 41 du pont. De cette façon, le
pont 32 peut être séparé de la roue 1 et tourné d'un
angle supérieur à 90[deg.] afin de dégager les deux disques
6 des extrémités des lames 9 et 10 pour permettre de remplacer rapidement les pastilles sans devoir démonter
les disques 6.
Comme on le montre clairement dans les figures,
tous les éléments capables d'actionner les lames 9 et 10 sont logés à l'intérieur de la roue porte-bobines 1 et peuvent être glissés à travers une perforation 42 se trouvant sur la roue 1 entre les paires d'arbres portebobine 2.
Pour maintenir une légère pression des lames 9 et
10 sur les disques 6, même quand la machine est arrêtée, ^__ par exemple pour le remplacement des bobines 3, un
ressort hélicoïdal 43 est monté coaxialement au
tourillon 31 autour de la partie supérieure 27 du
corps cylindrique 14, qui éloigne ainsi la* plaque 25
du corps cylindrique 14 et qui serre par conséquent légèrement les deux lames 9 et 10 sur les disques 6
avec une légère précharge, indépendamment de la
présence ou non de fluide sous pression dans la chambre expansible 12.
La figure 2 montre encore le dispositif de blocage de la bobine 3 sur l'arbre porte-bobines 2. Ce dispositif comprend une perforation diamétrale 44 pratiquée à l'extrémité de l'arbre 2 dans laquelle on insère à une extrémité une sphère d'acier 45 tandis que l'autre extrémité est fermée par un couvercle 46. Dans une deuxième perforation aveugle 47, disposée le long de l'arbre et en intersection avec la perforation diamétrale
44, on insère un tambour 48 en opposition à des moyens élastiques, comme par exemple un ressort hélicoïdal 49.
Ce tambour est muni d'un siège 50 et d'une rainure
51 contre laquelle s'appuie un cylindre 52 dont la
hauteur en saillie dans la rainure 51 peut être réglée. L'extrémité contre laquelle s'appuie le cylindre 52
est pourvue d'une extension à angle droit 53. Par l'actionnement d'une manette 54, solidaire du tambour 48, celui-ci peut vaincre la résistance du ressort 49 et s'insérer complètement dans la perforation 47. Lorsque
cela a été fait, une rotation de la manette 54 provoquera l'insertion du cylindre 52 dans l'extension à angle
droit 53 de la rainure 51, de sorte que le tambour restera bloqué dans cette position. Le siège 50 se trouve alors placé au niveau de la perforation diamétrale 44 et la sphère 45 peut entrer librement dans le siège 50 tout
en n'étant plus contrainte de s'appuyer contre une échancrure à surface inclinée 55 présente sur la bobine même.
i Le fonctionnement d'un dispositif de freinage de bobines conforme à la présente invention est décrit ci-après en faisant référence aux figures 1 et 2.
L'air sous pression envoyé dans la chambre expansible 12 par la tubulure 29 agit de la même manière sur la première paroi mobile et sur la seconde en les éloignant l'une de l'autre. Par conséquent le couvercle
13, par l'intermédiaire des tirants 15, fera augmenter la pression exercée par la première lame 9 sur les disques 6 et, en même temps, la tête 23 du piston pressera par l'intermédiaire de la tige 24 sur la plaque
25 qui, à son tour, fera augmenter la pression exercée par la deuxième lame 10 sur les deux disques 6. De cette façon, on obtient une grande action de freinage des disques 6 et par conséquent aussi des bobines 3 coaxiales et solidaires des disques 6 avec une augmentation consécutive de la tension sur les fils déroulés des deux bobines.
Si l'on veut, au contraire, diminuer la tension exercée sur lesdits fils, il faudra agir de manière inverse, c'est-à-dire qu'il faudra diminuer
la pression de l'air présent dans la chambre expansible
12 pour rapprocher les deux parois mobiles et on obtiendra ainsi une diminution de l'action de freinage des deux lames 9 et 10 sur les deux disques 6.
La figure 3 représente schématiquement un exemple de circuit de commande et de réglage d'un dispositif conforme à la présente invention. On montre dans le schéma une roue porte-bobines 1 sur laquelle sont montrées uniquement deux paires de bobines 3 afin de ne pas compliquer inutilement le dessin. Il faut comprendre que le nombre de paires de bobines peut être aussi élevé que cela est compatible avec les dimensions des bobines et de la roue. On voit aussi, dans le schéma, un tube 56 dont le sens d'avancement par rapport à la roue est indiqué par la flèche signalée par la lettre A tandis que le sens de rotation de la roue est indiqué par la lettre B. De cette manière, on enroule sur le tube 56 une hélice formée par les fils présents sur les bobines 3.
La vitesse de rotation de la roue 1 et la vitesse d'avancement du tube 56 sont strictement liées entre elles par l'angle formé par la spirale 57 par rapport
à l'axe du tube 56. En diminuant la quantité de fil présent sur les bobines 3, la vitesse de rotation de celles-ci par rapport à l'arbre porte-bobines 2 augmente car chacune des bobines doit toujours fournir
- par unité de temps - la même longueur de fil qui est déroulé à partir de diamètres toujours décroissants. Néanmoins, il peut se présenter la nécessité d'augmenter le freinage sur les paires de bobines puisque la tension avec laquelle les fils sont enroulés sur le tube 56 doit être toujours constante.
Cela peut être effectué manuellement par un opérateur, par exemple en fonction des caractéristiques de la spirale enroulée sur le tube (si la tension est trop élevée, les fils pénétreront dans le matériau constituant le tube et si elle est trop basse les fils pourront même ne pas être en contact avec les surfaces du tube) en agissant par exemple sur,un clapet qui règle la pression dans le circuit pneumatique qui alimente la chambre expansible
12 (voir la figure 2) par la tubulure 29.
Au lieu d'être fait manuellement, ce réglage
peut être réalisé en asservissant la machine à un distributeur programmeur de type connu en soi dans lequel on insère un programme selon lequel est fixée
à tout moment la valeur de la pression dans le circuit pneumatique en fonction du nombre total de tours déjà exécuté par la roue 1.
De cette manière, le distributeur programmeur reçoit un signal qui est fonction du nombre total de tours déjà exécuté par la roue 1 et émet un signal de commande qui agit sur le clapet réglant la pression dans le circuit pneumatique qui alimente la chambre expansible 12 par la tubulure 29.
Le réglage peut aussi être effectué automatiquement en prévoyant un palpeur 58 adéquat sur la roue
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avant d'être enroulé(e) sur le tube 56. La position
du palpeur 58 par rapport à un point fixe, déterminé par la pression maximale ou minimale avec laquelle le fil passe sur le palpeur, peut engendrer un signal électrique qui est transféré à un distributeur de contrôle et de commande 59, par exemple au moyen d'un fil 60. Ce signal peut être intégré par un second signal (indiqué en trait interrompu sous la référence
61) engendré par un compte-tours de la roue au cas où la force centrifuge exerce une influence sur le signal engendré par le palpeur 58. De cette manière, le signal produit par le palpeur peut être soustrait à l'influence de la force centrifuge par le distributeur
59.
Au moyen d'un autre signal électrique 62, le distributeur peut commander un clapet 63 placé dans le circuit de commande pneumatique qui commande l'actionnement des lames 9 et 10 (non représentées à la figure 3) du dispositif suivant la présente invention
(indiqué schématiquement en trait interrompu sous la référence 64 à la figure 3) .
Ce clapet 63, sur la commande du distributeur
59, ne fera rien d'autre que de mettre la tubulure 29 en communication avec une source d'air comprimé 65
au cas où il faut augmenter le freinage sur les disques 6 et par conséquent sur les bobines 3, tandis qu'elle met la tubulure 29 en communication avec l'atmosphère lorsque le freinage doit être diminué. Le distributeur
���
59 règle donc la pression existant dans la chambre expansible 12 au moyen du clapet 63 et règle par conséquent le freinage des bobines 3 de façon à maintenir constante la tension des fils qui sont enroulés sur le tube 56 indépendamment de toutes les autres conditions des alentours.
Ce type de réglage peut être réalisé avec un palpeur 58 unique se trouvant sur la roue 1 qui perçoit la tension du fil ou de la mèche de fils déroulés d'une bobine unique lorsque toutes les bobines sont enveloppées de fil ou de mèche sous tension. De cette manière, un palpeur peut fournir le signal pour freiner toutes les paires de bobines se trouvant sur la roue 1 au moyen
du seul circuit représenté à la figure 3 qui agit sur tous les dispositifs suivant l'invention disposés sur
la roue. Dans d'autres conditions, ou pour d'autres utilisations, il peut être nécessaire de prévoir un palpeur pour chaque paire de bobines et, de ce fait,
le circuit illustré à la figure 3 devra être multiplié par le nombre de paires de bobines présentes sur la bobine.
Le type de circuit utilisable pour mesurer la tension sur les fils qui viennent d'être déroulés
et, par conséquent, pour agir sur le circuit pneumatique de freinage, qui a été décrit ci-avant, ne doit être considéré qu'à titre d'exemple et n'est donc pas limitatif. En fait, ce circuit peut être électrique, mécanique, électronique ou électromécanique ou encore une combinaison de ceux-ci, mais en conservant le principe de
son action sur le circuit penumatique individuel pour chacun des dispositifs suivant l'invention, ou collectif pour tous les dispositifs simultanément.
Un dispositif de freinage de bobines suivant l'invention permet d'atteindre les buts que l'on s'était assignés. En effet, le dispositif de l'invention permet de maintenir constant le freinage des bobines, en maintenant ainsi également constante la tension des
fils qui sont déroulés des bobines, indépendamment des conditions extérieures qui agissent sur la'machine.
Tout cela peut être obtenu car la force de freinage
est engendrée au moyen d'un fluide sous pression (de l'air) et ne peut, par conséquent, pas être influencée par les conditions contingentes de la machine d'enroulement en spirale (vitesse de rotation, caractères cycliques dus à la rotation ou quantité de fils se trouvant encore sur les bobines individuelles). En
effet, la pression de l'air dans le circuit pneumatique peut être lue continuellement de l'extérieur et on peut toujours agir continûment sur celle-ci depuis l'extérieur.
Si l'on asservit à la machine d'enroulement en spirale un circuit de réglage tel que celui qui a été décrit, ou n'importe quel autre type de circuit, on
peut obtenir un réglage continu du freinage des bobines prises isolément, par paires ou toutes ensemble, en fonction des applications, de manière à maintenir constante la tension des fils déroulés des bobines.
Tout cela peut être obtenu instantanément grâce à la vitesse de la réponse du circuit pneumatique, en évitant les problèmes dus au fait qu'une éventuelle inertie de
la réponse du système de freinage peut créer des oscillations de la tension autour d'une valeur donnée.
Tout cela est obtenu et, en outre, pour le type
de freinage pneumatique utilisé, également certaines solutions techniques telles que l'action de la force
de freinage des lames sur les disques perpendiculairement à la force centrifuge afin d'éliminer toute action quelconque de la seconde force sur la première.
De plus, en plaçant le dispositif de freinage avec son axe parallèle à l'axe de la roue, on obtient
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gravité sur le dispositif lors de la rotation de la roue porte-bobine n'a aucune influence sur l'action
de freinage exercée par le dispositif sur les disques.
Enfin, le fait de placer le dispositif de freinage de l'invention à l'intérieur de la roue porte-bobines
et entre des paires d'arbres porte-bobines adjacentes permet de réduire les encombrements sur la roue porte-bobines, de sorte que l'on peut disposer un plus grand nombre de bobines sur celle-ci. On réduit également ainsi l'encombrement axial, de sorte que l'on rend plus compactes axialement les machines d'enroulement
en spirale qui utilisent deux ou plusieurs roues porte-bobines pour enrouler deux ou plusieurs couches
de renforcement sur un tube.
En outre, la présence des disques de freinage
et des éléments de freinage du dispositif sur le côté opposé au côté où se trouvent les bobines permet de réduire le porte-à-faux des bobines par rapport à la roue en diminuant par conséquent le bras des forces
de pesanteur que les bobines déchargent sur la roue porte-bobines.
Bien que l'on ait décrit et illustré une forme
de réalisation particulière d'un dispositif de freinage de bobines suivant la présente invention, il est
entendu que toutes les variantes possibles accessibles
à un technicien de la branche sont comprises dans la portée de l'invention.
Revendications
1. Dispositif de freinage de bobines comprenant
un disque coaxial à un arbre sur lequel est montée au
moins une bobine, ledit arbre étant solidaire d'une
roue porte-bobines, caractérisé par le fait de comprendre des moyens de freinage pneumatiques.