Dispositif de commande de la tension d'une nappe
La présente invention a pour objet un dispositif de commande de la tension d'une nappe, utilisé par exemple pour régler la tension d'une nappe en mouvement, de tissu ou de papier par exemple, tirée de rouleaux d'alimentation dans un appareil destiné à traiter cette nappe. Un tel dispositif est utilisé notamment dans les installations d'impression à la presse des tissus.
Tout dispositif de commande de tension d'une nappe comprend essentiellement deux composantes principales. L'une d'elles est affectée par la tension de la nappe. L'autre effectue un réglage correctif lorsque la tension de la nappe s'écarte d'une tension déterminée. La première composante peut être considérée comme un dispositif détecteur, sensible aux variations de la tension. La seconde composante, qui comprend odinairement des moyens de freinage, est en relation avec la première composante en ce sens qu'elle répond au fonctionnement de la première composante pour maintenir une tension particulière de la nappe ou pour produire une augmentation ou une diminution de cette tension. L'efficacité de tout le dispositif dépend de la sensibilité de la première composante.
On utilise habituellement un rouleau flottant comme élément principal de la première composante sensible. Ce rouleau peut être disposé de manière à engager une boucle horizontale de la nappe en forme de U et suspendu de manière à pouvoir se déplacer latéralement en réponse aux variations de la tension de la nappe. Jusqu'ici, conjointement avec divers moyens tels que des ressorts, on a utilisé des organes susceptibles d'absorber les chocs ou organes à inertie.
Ces dispositifs n'ont pas donné satisfaction parce qu'ils agissent en poussant le rouleau flottant dans la boucle de la nappe avec une force variable dépendant de la position du rouleau flottant.
L'invention a pour but de fournir un dispositif de commande de la tension d'une nappe présentant un rouleau flottant mais évitant les inconvénients des dispositifs connus, comprenant des moyens pour compenser l'effet de la gravitation sans augmenter les masses de manière notable, l'action desdits moyens var nit selon la position du rouleau flottant toujours de la même manière quelle que soit cette position.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention et des diagrammes explicatifs.
La fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une partie de cette forme d'exécution.
Les fig. 3 et 4 sont des vues partielles anatognes à la fig. 2 mais montrant certains organes dans d'autres positions.
La fig. 5 est un diagramme explicatif montrant la production de couples dans cette forme d'exécation.
La fig. 6 est une représentation graphique de ces couples.
La forme d'exécution représentée à la fig. 1 est destinée à commander la tension d'une nappe de papier W déroulée depuis un rouleau d'alimentation 20 dans un appareil de traitement de cette nappe indiqué ici schématiquement sous forme d'une presse d'impression 21. Le rouleau 20 est monté pour tourner autour d'un axe 20a matérialisé par un arbre s'étendant entre deux bras 22 d'une bobine d'alimentation à trois paires de bras. Les deux autres paires sont destinées à porter des rouleaux de remplacement.
La nappe est tirée dans la presse 21 par deux cylindres 23.
Pour appliquer une force de freinage au rouleau d'alimentation 20 et créer ainsi une tension dans la nappe W, une courroie 24 engage à frottement la périphérie du rouleau 20. La courroie est fixée à ses deux extrémités 24a et 24b. Pour tendre la courroie de manière variable, celle-ci est montée sur des rouleaux 25 et 26, le premier étant fixe et le second étant porté par le piston d'un moteur pneumatique de freinage 28. Un fluide sous pression, par exemple de l'air comprimé, peut être envoyé dans le moteur.
Lorsque le piston est déplacé vers la gauche en regardant la fig. 1, le rouleau 26 est également déplacé vers la gauche pour tendre la courroie 24, augmenter la force de freinage appliquée au rouleau 20 et augmenter ainsi la tension dans la nappe W en mouvement.
I1 est évident qu'on peut utiliser plusieurs courroies 24 et plusieurs moteurs 28 associés à un seul rouleau d'alimentation 20. Les courroies sont alors espacées le long du rouleau et leur nombre dépend de la largeur de ce dernier. Les moteurs 28 sont alimentés en parallèle avec un fluide sous une pression déterminée de manière à exercer la force de freinage voulue sur le rouleau.
On utilise un rouleau flottant 30 pour détecter la tension dans la nappe W en mouvement. Le rouleau flottant est monté à proximité des extrémités inférieures de deux bras 31, dont un seul est visible à la fig. 1, pivotant sur un arbre 32. La nappe W est entraînée sur des rouleaux de guidage fixes 34 et 35 de manière à former une boucle en forme de U sen siblement horizontale dans laquelle est engagé le rouleau flottant 30. Ce dernier tend ainsi à être déplacé vers la gauche en regardant la fig. 1, c'est-à-dire dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre autour de l'arbre 32 par la nappe W, sous l'action d'un couple qui est proportionnel à la tension de la nappe.
Le dispositif comprend des moyens agencés pour exercer une charge sur le rouleau flottant 30 qui s'oppose à la force exercée sur ce rouleau par la nappe W et équilibre cette force. Ces moyens comprennent un moteur pneumatique comportant un cylindre 38 dans lequel peut glisser un piston 3 8a qui est connecté à pivot en 39 à un bras radial 40 fixé à l'arbre 32 auquel est suspendu le rouleau flottant.
Un fluide sous pression provenant d'une source S est envoyé par une vanne réglable R dans le cylindre 38 pour pousser le piston afin qu'il exerce un couple en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre sur l'arbre 32.
Le moteur 38 exerce ainsi un couple de référence sur l'arbre 32. n s'agit d'un couple constant déterminé par le réglage de la vanne R quelle que soit la position du rouleau flottant. On établit ainsi une valeur de référence de la tension à maintenir de la nappe.
On peut voir que des changements dans la tenSion de la nappe à partir de la valeur ainsi déterminée entraînent un mouvement latéral du rouleau flottant 30 et par conséquence un déplacement angulaire de l'arbre 32. Ce mouvement angulaire est utilisé pour commander l'application du fluide sous pression au moteur de freinage 28 afin d'augmenter ou de diminuer la force de freinage appliquée par la courroie 24 au rouleau d'alimentation 20. Dans ce but, le dispositif comprend une commande pilote 45. Cette commande forme une liaison entre le rouleau flottant 30 et le moteur de freinage 28, et elle fonctionne pour alimenter le fluide sous pression de la Isource S au moteur 28 en proportion du déplacement angulaire du rouleau flottant 30 à partir de sa position de référence déterminée.
La commande pilote comprend une tige de commande 49 et, entre elle et un bras 50 fixé à l'arbre de pivotement 32, un ressort 52 exerçant sur la tige 49 une force qui est proportionnelle au mouvement du rouleau flottant 30. Cette force produit un mouvement d'un mécanisme à soupape dans la commande 45 afin de commander la sortie du fluide sous pression hors de ladite commande. En d'autres mots, quand le rouleau flottant 30 et ses bras de support 31 basculent en dehors de la position de référence, le ressort 52 est comprimé d'une quantité correspondant au déplacement angulaire du rouleau et de ses bras et, grâce à la présence du ressort 52, le mouvement du mécanisme à soupape dans la commande 45 peut être extrêmement limité. Le ressort 52 reste ainsi comprimé même quand l'arbre 32 de pivotement du rouleau flottant est déplacé angulairement sur un arc considérable.
On voit d'après ce qui précède que le ressort 52 exerce une force vers le haut de manière continue, cette force agissant par l'intermédiaire du bras 50 et produisant un couple dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre sur l'arbre 32 de pivotement du rouleau flottant 30.
Pour assurer la stabilité du dispositif, des moyens amortisseurs sont associés au rouleau flottant 30.
Ces moyens sont constitués par un amortisseur 54 à double effet comprenant un cylindre 54a rempli de fluide et dans lequel peut glisser un piston 54b. Le piston 54b comprend une tige qui est connectée à pivot à un bras 56 monté sur l'arbre 32. Le poids du piston 54b agissant par l'intermédiaire du bras 56 produit également un couple sur l'arbre 32.
Comme indiqué plus haut, le rouleau flottant 30 est monté aux extrémités inférieures des bras 31 qui sont fixés à l'arbre 32 et se trouve suspendu à ce dernier. Le rouleau flottant présente un poids considérable. Quand il est disposé directement au-dessous de l'arbre 32, son axe et celui de l'arbre 32 sont disposés dans un même plan vertical et la force de gravité agissant sur le rouleau n'entraîne l'application d'aucun couple à l'arbre 32. Mais quand le rouleau flottant 30 est déplacé à partir de cette position, la force de gravité produit un couple appliqué à l'arbre 32, qui varie en fonction du sinus de l'angle de déplacement.
Ce couple est en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre quand le rouleau flottant est déplacé vers la gauche et dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre quand le rouleau est déplacé vers la droite du plan vertical passant par l'axe de l'arbre 32.
En résumé, le ressort 52 produit sur l'arbre 32 un couple dans le. sens du mouvement des aiguilles d'une montre qui varie selon la compression appliquée au ressort, qui correspond elle-même au déplacement angulaire de l'arbre 32. Il existe également un couple dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre appliqué à l'arbre 32 sous l'action du poids du piston 54b de l'amortisseur 54. Un autre couple encore est appliqué à l'arbre 32 soit dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre soit en sens inverse, ce couple étant dû à la force de gravité agissant sur le rouleau flottant quand il est déplacé en dehors de sa position verticale au-dessous de l'arbre 32. Le couple résultant sur l'arbre 32 ainsi établi peut être affecté par le mouvement du rouleau flottant qui agit comme dispositif détecteur.
Le montage du rouleau flottant est agencé pour compenser, dans le couple résultant, l'effet de la gravité sur le rouleau flottant et pour compenser aussi les couples dus au ressort 52 agissant par l'intermédiaire de son bras de levier et au poids du piston de l'amortisseur agissant par l'intermédiaire de son bras de levier également. Il en résulte que le déplacement angulaire du rouleau flottant à partir d'une position déterminée, quelle que soit cette position, représente réellement la variation de la tension de la nappe W en mouvement. Ainsi, le dispositif est le siège d'un signal qui n'est pas affecté par les couples mentionnés plus haut, afin qu'une correction appropriée puisse être effectuée pour restaurer la tension de la nappe à sa valeur initiale déterminée.
Le montage du rouleau flottant utilise un mécanisme à came 58 qui comprend une came 72 poussée en engagement avec un galet suiveur de came 74 qui est porté par un bras solidaire de l'arbre 32. Ce mécanisme est construit et agencé pour exercer un couple sur l'arbre 32 qui compense le couple résultant décrit ci-dessus.
Le dispositif (fig. 2) comprend un panneau de montage 60 destiné à être fixé à l'appareil traitant la nappe W, par exemple au bâti de la presse d'impres- sion 21. Une extrémité de l'arbre 32 est montée dans le panneau 60. En arrière du panneau et fixé à l'arbre 32 se trouve l'un des bras 31 du support du rouleau flottant, ce dernier étant monté sur ce bras à son extrémité inférieure. Un moyeu 62 est fixé sur l'arbre 32 et monté en avant du panneau 60. Les bras 40, 50 et 56 qui sont indiqués schématiquement à la fig. 1 sont de préférence d'une pièce avec le moyeu 60 et se projette radialement depuis ce dernier.
Le cylindre 38 et l'amortisseur 45 sont montés sur le panneau 60 et des moyens sont prévus pour permettre le changement de position du pivot dû au déplacement angulaire de l'arbre 32 et par conséquent des bras 40, 50 et 56. Ainsi, le cylindre 54a de l'amortisseur est fixé à pivot à son extrémité inférieure en 64 à une console de support 65 fixée au panneau 60.
La commande pilote 45 est fixée au panneau 60 par une console 66.
La tige de commande 49 de la commande pilote 45 s'étend vers le haut à partir du coffret de la commande. Le ressort 52 est disposé entre l'extrémité supérieure de la tige 49 et le bras 50 et un accouplement 67 à auto-alignement est monté entre l'extrémité inférieure du ressort 52 et la tige 49. Pour maintenir le ressort en place, une tige de guidage 68 est logée dans l'accouplement 67 et s'étend librement à travers un collier 69 monté à pivot sur une cheville 70 à proximité de l'extrémité extérieure du bras 50.
L'extrémité supérieure du ressort 52 engage le collier 69. Ainsi, quand le moyeu est déplacé angulairement avec l'arbre 32, selon le déplacement du rouleau flottant 30, le bras 50 déplace le collier le long de la tige et augmente ou diminue la compression du ressort pour augmenter ou diminuer la force exercée par le ressort sur la tige de commande de la commande pilote.
La came 72 est poussée en engagement avec le galet suiveur de came 74 par un ressort de compression 75. Le galet 74 est monté sur la cheville 70. Au centre et du côté extérieur de la came 72 est monté un accouplement 76 à auto-alignement contre lequel s'appuie une extrémité du ressort 75 et qui reçoit une extrémité d'une tige 78 fixant la position du ressort.
L'autre extrémité de la tige 78 est montée à glissement dans un couplement 79 à auto-alignement contre lequel s'appuie l'autre extrémité du ressort 75.
Ce dernier accouplement est monté dans un écrou creux 80 permettant le réglage du ressort, cet écrou étant vissé lui-même dans un bloc d'ancrage 81 qui est fixé au panneau 60.
La surface 72a de la came 72 qui engage le galet 74 est agencée de manière que la force impartie au galet 74 soit perpendiculaire à cette surface 72a.
Elle présente une configuration arquée avec un rayon de courbure décroissant du centre vers les extrémités.
Le mécanisme à came 58 est orienté de manière que lorsque le rouleau flottant 30 est disposé dans sa position neutre, c'est-à-dire quand la somme algébrique de tous les couples appliqués à l'arbre 32 est nulle, la force exercée par le mécanisme à came sur le galet suiveur 74 agit le long d'une ligne qui passe par l'axe de l'arbre 32 de manière à ne lui communiquer aucun couple. On voit à la fig. 2 que le ressort 52, qui est toujours maintenu sous compression, exerce continuellement un couple dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre sur l'arbre 32. Pour compenser ce couple et pour que la ligne d'action de la force exercée par le mécanisme à came passe par l'axe de l'arbre 32 quand le rouleau flottant est en position neutre, la ligne centrale du mécanisme 58 est décalée angulairement de la valeur voulue.
Dans la forme d'exécution représentée, ce décalage angulaire vaut approximativement sept da grés.
ll faut remarquer que lorsque la nappe W est tirée depuis le rouleau d'alimentation et est absorbée par la preSse à imprimer 21, le diamètre du rouleau 20 diminue. Quand ce diamètre diminue graduelle ment, l'angle d'enveloppement de la courroie 24 diminue, et ainsi le moteur de freinage 28 doit exercer une force graduellement accrue sur la courroie de manière à maintenir dans la nappe une tension égale déterminée par la force de référence exercée sur le rouleau flottant 30 par le moteur 38.
Par conséquent, quand le rouleau flottant 30 est déplacé initialement vers la gauche et se déplace graduellement selon un arc en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, il maintient une force dirigée vers le bas sur la tige de commande 49 de la commande pilote 45 à travers le ressort 52, de manière à commander la sortie du fluide sous pression depuis la commande pilote 45 vers le moteur de freinage 28.
I1 est évident alors que lorsque le rouleau flottant est déplacé vers la gauche du plan vertical passant par l'axe de l'arbre 32, la force de gravité agissant sur le rouleau flottant 30 produit un couple en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre sur l'arbre 32 et, pour compenser ce couple, le mécanisme à came 58 doit exercer une force sur le galet 74 le long d'une ligne d'action qui entraîne la présence d'un couple de compensation ou d'équilibrage dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre. De même, quand l'axe du rouleau flottant est déplacé vers la droite du plan vertical passant par l'axe de l'arbre 32, la force de gravité agissant sur le rouleau flottant produit un couple dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre.
Ainsi, la ligne d'action du mécanisme de came 58 agissant sur le galet suiveur 74 doit être disposée de manière à produire un couple de compensation en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre.
Dans ce but, le came 72 coopère avec deux pivots 82 et 83. Ces pivots sont disposés à égale distance de part et d'autre de la ligne centrale du mécanisme et peuvent être engagés par des encoches 72b et 72c taillées près des extrémités de la came 72. On voit à la fig. 3 que lorsque le rouleau flottant 30 est déplacé vers la gauche de l'axe de l'arbre 32, le galet suiveur de came 74 engage la surface de came 72a entre la ligne centrale du mécanisme 58, le long de laquelle la force du ressort 75 est appliquée à la came, et le pivot 82. Ainsi la came pivote sur le pivot 82. Alternativement, quand le rouleau flottant 30 est déplacé vers la droite de l'axe de l'arbre 32, l'engagement du galet 74 avec la surface de came 72a se produit entre la ligne centrale du mécanisme 58 et le pivot 83. Dans cette condition (fig. 4) la came 72 prend appui sur le pivot 83.
I1 ressort de ce qui précède que plus l'angle de déplacement du rouleau flottant 30 est grand, plus le rapport est grand entre la distance entre le point d'engagement du galet 74 avec la surface de came 72a et la ligne centrale du mécanisme et la distance entre ce point d'engagement et la cheville de pivotement de la came. I1 s'ensuit que la force de compensation du ressort 75 est transmise à l'arbre 32 par un bras de levier de longueur efficace augmentée.
Ainsi, quand le déplacement du rouleau flottant augmente, le moment de rotation ou le couple appliqué par le mécanisme à came 58 au galet 74 augmente, et un couple de compensation de valeur augmentée de manière correspondante est assure.
Ce qui précède est illustré par les fig. 5 et 6.
La fig. 5 représente schématiquement l'application des couples à l'axe de l'arbre 32 dans un domaine de déplacement angulaire ou latéral du rouleau flottant 30 d'un angle total de 500, soit 250 de chaque côté du plan vertical passant par l'axe de l'arbre 32.
Les couples résultants sont portés en ordonnées à la fig. 6 en fonction du déplacement angulaire porté en abscisses. Le couple dû au poids de l'amortisseur est représenté par la ligne TD. I1 faut noter qu'il est sensiblement constant, divisé dans s le sens du mouve- ment des aiguilles d'une montre et disposé ainsi audessous de l'axe de déplacement horizontal. Le couple du ressort 52 de la commande pilote, comme indiqué plus haut, est d'abord nul par suite du décalage de sept degrés du dispositif. Ensuite, ce couple augmente dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre quand le ressort 52 est comprimé par le déplacement de l'axe du rouleau flottant vers la droite.
Ce couple est représenté par la ligne Ts.
Le couple dû à l'effet de gravité selon la position du rouleau flottant est indiqué par la ligne Tw. On voit que pour le déplacement de zéro degré indiqué à la fig. 5, ce couple est maximum dans le sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre. Il diminue de 0 à 250, valeur pour laquelle l'axe du rouleau flottant est dans le plan vertical passant par l'axe de l'arbre 32, puis il augmente dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre jusqu'à la position représentée par 50O à la fig. 5. Ces trois couples représentés par les lignes TD, Ts et T, peuvent être additionnés graphiquement.
Le résultat de cette addition est représenté par la ligne Tn à la fig. 6. I1 s'agit du couple résultant sur l'axe de l'arbre 32, soit le couple qui est compensé par le mécanisme à came 58. Ainsi, le couple compensant les effets de la came 72 à double pivot et sollicitée par un ressort sur le diagramme, est l'image dans un miroir du couple résultant Ta et est représenté par la ligne T,.
I1 résulte de ce qui précède que le ressort de compensation 75 préalablement chargé applique une force sensiblement constante sur la came 72 parce que la construction et l'arrangement décrits limitent le domaine de mouvement du ressort. Un avantage pratique particulier de cette construction est que le montage du rouleau flottant permet le réglage par une seule opération de mise en place de l'écrou 80 dans le bloc d'ancrage 81, de manière à déterminer la valeur de la charge préalable du ressort 75.
On voit par conséquent que le dispositif décrit non seulement compense les effets de la gravité résultant d'un déplacement angulaire du rouleau flottant, mais il tient compte aussi des couples appliqués par d'autres éléments. I1 en résulte que le déplacement du rouleau flottant à partir d'une position déter minée est réellement représentatif des variations de la tension de la nappe et transmet ces variations au dispositif de commande pour entraîner une correction.
Il est visible également que cette correction est accomplie par des moyens relativement simples et souples, une fabrication économique et qui peuvent être ajoutés facilement aux installations existantes.
Dans le cas d'une presse à imprimer notamment, le dispositif évite de prévoir des moyens pour effectuer automatiquement un changement de charge, moyens qui sont complexes et coûteux. En outre, le rouleau flottant décrit assure un effet de compensation dans les deux sens de déplacement angulaire par rapport au pivot, ne nécessitant qu'un simple ressort assurant une charge préalable. I1 est spécialement important que cette construction n'augmente pas de manière notable la masse du dispositif.