Procédé et installation pour la fabrication de ressorts enroulés en spirale Cette invention se rapporte à un procédé de fabri cation de ressorts enroulés en spirale et de préfé- rence de tels ressorts à section rectangulaire rela tivement importante du type destiné à réagir élasti- quement soit pour contrebalancer des sollicitations ou charges, soit encore pour former des éléments de rappel dans des installations ou machines-outils, soit encore pour d'autres applications semblables.
Un emploi caractéristique se trouve dans les mécanismes de rappel des cadres de lisses dans les métiers à tisser dans lesquels il est fait usage d'une pluralité de tels ressorts.
Il est important que de tels ressorts soient con ditionnés en sorte qu'étant sollicités, respectivement bandés, par l'entraînement en rotation, par exemple de leur bout intérieur, la spirale se déforme à la fois dans toutes ses parties afin qu'on réalise, pratique ment, une réduction constante sur toute la longueur du ressort enroulé en spirale du pas de celle-ci avec, comme aboutissement de cette déformation uni forme, une entrée en contact mutuelle et simulta née de toutes les parties adjacentes dudit ressort lorsque celui-ci est complètement bandé.
On observera, en effet, que cette déformation uniforme d'un ressort enroulé en spirale est essen tiellement fonction des deux conditions fondamen tales de départ : une exécution correcte du ressort enroulé en spirale en sorte que la bande de métal enroulée présente la forme d'une spirale aussi par faite que possible et un traitement thermique tel que ledit ressort présente des caractéristiques chimiques, physiques et mécaniques pratiquement identiques en tous ses points.
Dans ces conditions, lorsqu'un tel ressort enroulé en spirale est sollicité par un effort tendant à le bander, il se déformera unifor- mément par réduction progressive du pas de la spire, le tout sans aucun préjudice pour le caractère cons- tant des caractéristiques du ressort, en tous ses points, et l'aboutissement, en fin de sollicitation maximum, d'un contact simultané et correct entre toutes les parties adjacentes du ressort,
celui-ci se présentant alors sous la forme approximative d'un plateau cylindrique pratiquement homogène.
A l'heure actuelle, et plus spécialement dans la technique de fabrication de tels ressorts enroulés en spirale à section rectangulaire de quelque impor tance, ces conditions ne sont pas remplies ou, tout au moins, ne peuvent être remplies et garanties d'une manière systématique, comme cela est exigé de plus en plus impérativement par les performan- ces des appareils et des machines utilisant de tels ressorts.
Les inconvénients rencontrés dans les fabrica tions actuelles proviennent essentiellement du fait que de tels ressorts enroulés, en spirale, lorsqu'il s'agit de ressorts importants, par exemple de l'ordre de ceux présentant une section droite comprise entre 10 X 1 mm et 60 X 6 mm - ces limites étant don nées à titre purement indicatif - sont réalisés par enroulement de la bande de métal avant traitement thermique,
celui-ci n'étant appliqué qu'après for mation de la spirale et libération de celle-ci en sorte qu'elle est sous tension nulle.
Le procédé selon l'invention consiste à soumettre la bande d'acier au traitement thermique de trem page et de recuit, ensuite à enrouler la bande d'acier traité d'une telle manière que les spires se recou vrent mutuellement et, enfin, à libérer le ressort spiral ainsi réalisé de manière à le mettre à tension nulle.
C'est en vue de permettre d'interpréter claire ment les revendications qu'une description détaillée est, à titre d'exemple et sans aucun caractère limi- tatif, développée ci-après en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 représente, en vue de face, un ressort enroulé en spirale et à l'état débandé; la fig. 2 est une coupe à échelle agrandie selon la ligne 11-11 de la fig. 1 ;
la fig. 3 est une vue semblable à la fig. 1, le ressort spiral étant montré dans sa position complètement bandée ; la fig. 4 représente le même ressort dans un état intermédiaire et dans lequel est représenté à échelle légèrement amplifiée - pour une meilleure com préhension - un défaut reproché aux ressorts enroulés en spirale exécutés par les moyens tradi tionnels ;
la fig. 5 est semblable à la fig. 4, le ressort enroulé en spirale étant représenté dans un état intermé diaire correct conformément aux résultats produits par application du procédé selon l'invention ; les fig. 6a et 6b représentent, ensemble, une vue schématique en élévation d'une installation de mise en aauvre du procédé<B>;</B> les fig. <I>7a</I> et<I>7b</I> représentent, ensemble, une vue schématique en plan de cette installation ;
la fig. 8 représente aussi schématiquement que possible les éléments essentiels de la machine à enrouler, la bande d'acier trempé étant représentée juste avant la phase d'enroulement ; la fig. 9 est une vue partielle de la fig. 8 mon trant la bande enroulée.
Comme représenté aux figures 1 et 2, le ressort est constitué par une bande d'acier de section rec tangulaire dont la largeur L est d'un ordre dix fois supérieur à l'épaisseur e. De tels ressorts sont en forme de spirale à pas p constant.
Dans l'exemple représenté à la fig. 1, les deux bouts dudit ressort sont repliés, le premier, 1, vers l'extérieur et le second, indiqué en 2, vers l'intérieur.
La fig. 3 représente le ressort spiral de la fig. 1 dans son état de tension maximum, le pas p étant égal à zéro. Dans cet état, toutes les spires sont join tives de manière à former une masse compacte.
Entre les états extrêmes, respectivement desdites fig. 1 et 3, il faut considérer que de tels ressorts enroulés en spirale sont susceptibles de subir des changements de diamètre infiniment variables et en sens opposés.
Pour satisfaire aux exigences de très nombreu ses applications, il est important que ces déforma tions élastiques de la spirale soient telles que celle- ci présente toujours un pas variant régulièrement au prorata des sollicitations subies par le ressort. On peut, en tous endroits dudit ressort, considérer que, dans le cadre des applications normales,
la matière subit des sollicitations de flexion auxquelles corres- pondent des variations de la flèche dans chacun des tronçons du ressort spiral.
On comprendra donc que, comme schématisé à la fig. 4, si, dans un endroit quelconque d'un tel ressort spiral, se trouvent des caractéristiques méca- niques différentes de celles des autres parties du ressort, on aboutira à des déformations exception nelles et locales telles que, par exemple, celles sché matisées en 3 à ladite fig. 4.
En pratique, on constate fréquemment de telles déformations. Les conséquences en sont, inévitable ment, une altération des qualités propres du ressort spiral, et, parfois, la rupture de celui-ci.
La fig. 5 montre, dans un état intermédiaire entre les positions extrêmes des fig. 1 et 3, un ressort traité conformément à l'invention. On observe que le pas p' < preste constant. Et cette constance doit sub sister et subsistera quelles que soient les déforma tions subies par le ressort entre les positions extrê me représentées aux fig. 1 et 3.
Ces résultats peuvent être systématiquement atteints par la mise en oeuvre du procédé selon l'in vention et par exemple à l'aide d'une installation telle que celle schématisée aux dessins annexés. Dans cette forme d'exécution représentée schémati quement, on a disposé en alignement trois supports 4-5-6 portant, chacun, deux bobines respectivement 7-8, 9-10 et 11-12, ces trois paires de bobines étant légèrement décalées l'une par rapport à l'autre de manière à être disposées dans des plans voisins mutuellement parallèles. Une table 13 présente, vers ses deux bouts, des guides 14-15 pour les bandes de métal à traiter et, entre ces deux guides, un étau 16 dans lequel doivent passer lesdites bandes.
L'ins tallation comprend encore un four de préchauffage 17, un dispositif de trempage 18, un four de recuit 19, un dispositif d'entraînement 20 et une cisaille 21.
La table 13 possède, comme équipement complé mentaire, un petit poste de soudure électrique et une meule pour ébavurer (non représentés), ces élé ments étant connus et placés à portée de l'opéra teur. Le four de préchauffage 17 est conditionné de manière à amener la bande de métal progressive ment à la température de trempage, par exemple de l'ordre de 800 à 9000 C. L'installation de trempage schématisée en 18 peut être de tout type approprié.
Néanmoins, il sera de préférence fait application d'un dispositif à injection d'huile par l'intermédiaire d'une pompe et d'ajutages correctement dirigés de manière à amener les jets d'huile à un niveau supé rieur au tronçon de pièce à traiter, cette huile étant ainsi projetée sous un angle convenable sur ladite matière à traiter.
Cette installation de trempage est également conditionnée de manière à présenter, à l'entrée et à la sortie de la bande métallique à trai ter, des joints d'étanchéité garantissant non seule ment des pertes minima dans l'enceinte de trem page, mais également une sécurité totale contre toute évacuation intempestive de particules d'huile, lesquelles pourraient s'enflammer en raison de la proximité de la sortie du four de préchauffage.
Ega- lement, ce dispositif de trempage sera tel que l'huile puisse être maintenue à une température constante de l'ordre de 50 à 60o C. On y disposera, par consé quent, d'un moyen de préchauffage et d'un moyen de régulation de la température de l'huile. La partie métallique ainsi trempée passe au travers du four de recuit 19. La bande est ainsi, sous l'effet de trac tion du dispositif d'entraînement 20, amenée à lon gueur convenable sous la cisaille 21 et automatique ment tronçonnée. On peut traiter plusieurs bandes métalliques simultanément.
L'installation schématisée aux fig. 6a-6b, 7a-7b permet de traiter, à la fois, en continu, deux bandes métalliques 22-23. C'est dans ce but que les bobines sont, deux à deux, légèrement décalées. En effet, comme on peut l'observer sur la fig. 7a, la bande 22 est issue de la bobine 10 tandis que la bande 23 est issue de la bobine 12. Lorsque l'une de ces bandes sera près d'être complètement déroulée, l'opérateur saisira le bout de l'une des bandes d'une bobine se trouvant dans le même plan.
Le bout terminal de la première bande et le bout initial de la seconde bande seront immobilisés dans la mâchoire 16 et rapidement soudés et ébavurés d'une telle manière que l'on réalise ainsi une continuité totale dans la mise en oeuvre de l'installation. Il va de soi que les fours 17 et 19 et l'installation de trempage 18 seront équipés de toutes les dispositions accessoires et com- plémentaires permettant de prédéterminer, contrô ler et régler, avec grande précision, les vitesses, tem pérature, pression et autres conditions du bon fonc tionnement de l'installation.
A cet égard, une ou plusieurs armoires de contrôle pourront être utili sées en coopération avec lesdites parties de l'instal lation.
On observera donc que l'installation qui vient d'être décrite dans ses éléments principaux est capa ble de débiter, à un rythme continu et accéléré, des tronçons de bandes d'acier trempé dont les caracté ristiques répondent très exactement à celles des res sorts enroulés en spirale qui devront être exécutés.
Il suffira d'enrouler lesdites bandes d'acier trempé sur un disque ou noyau approprié d'une telle manière que les spires successives soient en contact mutuel puis de libérer cet enroulement de manière à obtenir, par l'élasticité propre de la matière, une mise de ladite bande d'acier trempé sous la forme d'une spirale correcte, parfaitement homogène dans toute sa masse et dans laquelle on est assuré que, quelles que soient les sollicitations, ledit ressort en spirale se déformera d'une manière pratiquement constante en tous ses points.
On pourra très avantageusement utiliser, pour produire cet enroulement, des bandes d'acier trempé un dispositif dont les éléments caractéristiques sont sommairement schématisés aux figures 8 et 9. Ce dispositif comporte, essentiellement, un noyau ou disque 24 monté sur un axe 25 et susceptible d'être entraîné en rotation, à vitesse adéquate, par tout système moteur approprié (non représenté). Ce noyau ou disque présente une échancrure radiale 26.
Le noyau ou disque 24 présentant un contour en forme de spirale, il suffira d'établir cette spirale d'une telle manière que les deux lèvres 27-28 de l'échancrure 26 soient disposées à une distance diffé rente de l'axe 25 et cette différence sera de préfé rence exactement égale à l'épaisseur e de la bande de métal trempé 29 à enrouler. En présence de ce noyau rotatif 24, est disposé un palonnier 30 capa ble, le cas échéant, d'osciller autour d'un pivot 31 et garni, aux deux bouts, d'un galet, respectivement 32-33.
Ledit palonnier 30, par le dit pivot 31, est articulé en bout de l'axe 34 d'un piston 35. Ce der nier peut se déplacer dans un cylindre 36 en ar rière duquel peut, par une canalisation 37, être amené un fluide sous pression. Dans ces conditions, lesdits galets 32-33 peuvent être sollicités vers et contre le noyau rotatif 24 par un effort dûment con trôlé pouvant être considérable. Il suffit donc d'in troduire, dans l'échancrure 26, le bout replié inté rieur 2 du ressort spiral à former;
de maintenir la bande d'acier trempé 29 dans sa position initiale tout en lui permettant de se déplacer longitudina lement; de faire tourner, à vitesse convenable, le noyau 24. La bande métallique 29 s'enroule donc autour du noyau 24 en refoulant l'équipage mobile formé des galets 32-33, du palonnier 30, de l'axe 34 et du piston 35, à l'encontre de la pression du fluide existant en amont dudit piston 35. Lorsque la bande 29 est complètement enroulée d'une telle ma nière que toutes les spires se recouvrent mutuelle ment, il suffit de libérer ledit enroulement.
Cette opération est extrêmement rapide et il est possible d'établir un synchronisme entre cette opération d'enroulement et le cheminement des bandes de mé tal dans l'installation de trempage et de tronçon nage de manière à organiser une production abso lument continue à un rythme accéléré.
Finalement et si nécessaire, il suffira, par une opération quasi instantanée, de replier vers l'exté rieur le second bout 1 du ressort spiral.
L'invention concerne, outre le procédé et l'instal lation de mise en oeuvre, tout ressort enroulé en spirale, à l'exception des ressorts d'horlogerie, résul tant de l'application dudit procédé.
Method and Plant for the Manufacture of Spiral Wound Springs This invention relates to a method of manufacturing spiral wound springs and preferably such relatively large rectangular section springs of the type intended to react elastically either for counterbalance stresses or loads, either to form return elements in installations or machine tools, or for other similar applications.
Typical use is found in heald frame return mechanisms in looms in which a plurality of such springs are used.
It is important that such springs are conditioned so that, being stressed, respectively loaded, by the rotational drive, for example of their inner end, the spiral is deformed at the same time in all its parts so that one achieves , practically ment, a constant reduction over the entire length of the spiral wound spring of the pitch thereof with, as a result of this uniform deformation, a mutual and simultaneous coming into contact of all the adjacent parts of said spring when the latter this is completely bandaged.
It will be observed, in fact, that this uniform deformation of a spring wound in a spiral is essentially a function of the two basic starting conditions: a correct execution of the spring wound in a spiral so that the wound band of metal has the shape of a spiral as perfect as possible and a heat treatment such that said spring has chemical, physical and mechanical characteristics practically identical in all its points.
Under these conditions, when such a spring wound in a spiral is requested by a force tending to bend it, it will deform uniformly by progressive reduction of the pitch of the coil, all without prejudice to the constant character of the characteristics. of the spring, at all its points, and the result, at the end of maximum stress, of simultaneous and correct contact between all the adjacent parts of the spring,
the latter then taking the approximate form of a practically homogeneous cylindrical plate.
At the present time, and more especially in the art of manufacturing such spiral-wound springs with a rectangular cross-section of any size, these conditions are not fulfilled or, at the very least, cannot be fulfilled and guaranteed in any way. systematic, as is demanded more and more imperatively by the performance of devices and machines using such springs.
The drawbacks encountered in current manufactures come essentially from the fact that such coiled springs, in a spiral, when it comes to large springs, for example of the order of those having a cross section of between 10 x 1 mm and 60 X 6 mm - these limits being given for information only - are produced by winding the metal strip before heat treatment,
the latter being applied only after formation of the spiral and release thereof so that it is under zero tension.
The method according to the invention consists in subjecting the steel strip to the heat treatment of quenching and annealing, then in winding the treated steel strip in such a way that the turns overlap each other and, finally, in release the spiral spring thus produced so as to put it at zero tension.
It is with a view to enabling a clear interpretation of the claims that a detailed description is, by way of example and without any limiting character, developed hereinafter with reference to the accompanying drawings in which FIG. 1 shows, in front view, a spring wound in a spiral and in the unwound state; fig. 2 is a section on an enlarged scale taken along line 11-11 of FIG. 1;
fig. 3 is a view similar to FIG. 1, the spiral spring being shown in its fully loaded position; fig. 4 shows the same spring in an intermediate state and in which is shown on a slightly amplified scale - for a better understanding - a fault criticized in the spiral wound springs executed by traditional means;
fig. 5 is similar to FIG. 4, the spiral wound spring being shown in a correct intermediate state according to the results produced by applying the method according to the invention; figs. 6a and 6b together represent a schematic elevational view of an installation for implementing the process <B>; </B> FIGS. <I> 7a </I> and <I> 7b </I> together represent a schematic plan view of this installation;
fig. 8 shows as schematically as possible the essential elements of the winding machine, the hardened steel strip being shown just before the winding phase; fig. 9 is a partial view of FIG. 8 my tape rolled up.
As shown in Figures 1 and 2, the spring is formed by a steel strip of rec tangular section, the width L is of an order ten times greater than the thickness e. Such springs are in the form of a spiral with a constant pitch p.
In the example shown in FIG. 1, the two ends of said spring are folded, the first, 1, outwards and the second, indicated at 2, inwards.
Fig. 3 represents the spiral spring of FIG. 1 in its maximum voltage state, the pitch p being equal to zero. In this state, all the turns are joined so as to form a compact mass.
Between the extreme states, respectively of said FIGS. 1 and 3, it should be considered that such spiral wound springs are liable to undergo infinitely variable diameter changes and in opposite directions.
To meet the requirements of a very large number of applications, it is important that these elastic deformations of the spiral are such that the latter always has a pitch that varies regularly in proportion to the stresses undergone by the spring. It is possible, in all places of said spring, to consider that, in the context of normal applications,
the material is subjected to bending stresses to which correspond variations of the deflection in each of the sections of the spiral spring.
It will therefore be understood that, as shown diagrammatically in FIG. 4, if, in any place of such a spiral spring, there are mechanical characteristics different from those of the other parts of the spring, this will lead to exceptional and local deformations such as, for example, those dried in 3 to said FIG. 4.
In practice, such deformations are frequently observed. The consequences are, inevitably, an alteration of the proper qualities of the spiral spring, and, sometimes, its rupture.
Fig. 5 shows, in an intermediate state between the extreme positions of FIGS. 1 and 3, a spring treated in accordance with the invention. We observe that the pitch p '<constant nimble. And this constancy must exist and will remain whatever the deformations undergone by the spring between the extreme positions shown in figs. 1 and 3.
These results can be systematically achieved by implementing the method according to the invention and for example using an installation such as that shown diagrammatically in the accompanying drawings. In this embodiment shown schematically, there are arranged in alignment three supports 4-5-6 each carrying two coils 7-8, 9-10 and 11-12 respectively, these three pairs of coils being slightly offset l 'one relative to the other so as to be arranged in adjacent mutually parallel planes. A table 13 has, towards its two ends, guides 14-15 for the metal bands to be treated and, between these two guides, a vise 16 in which said bands must pass.
The installation further comprises a preheating furnace 17, a dipping device 18, an annealing furnace 19, a driving device 20 and a shear 21.
The table 13 has, as additional equipment, a small electric welding station and a deburring wheel (not shown), these elements being known and placed within reach of the operator. The preheating furnace 17 is conditioned so as to bring the metal strip progressively to the soaking temperature, for example of the order of 800 to 9000 C. The hardening installation shown diagrammatically at 18 can be of any suitable type.
Nevertheless, it will preferably be made application of an oil injection device via a pump and correctly directed nozzles so as to bring the oil jets to a level higher than the section of part to be treat, this oil thus being projected at a suitable angle onto said material to be treated.
This dipping installation is also conditioned in such a way as to present, at the entry and exit of the metal strip to be treated, gaskets guaranteeing not only minimum losses in the quench chamber, but also total safety against any untimely evacuation of oil particles, which could ignite due to the proximity of the outlet of the preheating furnace.
Likewise, this quenching device will be such that the oil can be maintained at a constant temperature of the order of 50 to 60 ° C. It will consequently have available a preheating means and a means. regulating the oil temperature. The metal part thus hardened passes through the annealing furnace 19. The strip is thus, under the effect of traction of the drive device 20, brought to a suitable length under the shears 21 and automatically cut into sections. Several metal bands can be processed simultaneously.
The installation shown schematically in fig. 6a-6b, 7a-7b makes it possible to process, at the same time, continuously, two metal strips 22-23. It is for this purpose that the coils are, two by two, slightly offset. Indeed, as can be seen in FIG. 7a, the strip 22 comes from the reel 10 while the strip 23 comes from the reel 12. When one of these bands is close to being completely unwound, the operator will grab the end of one of the bands of a coil lying in the same plane.
The terminal end of the first strip and the initial end of the second strip will be immobilized in the jaw 16 and quickly welded and deburred in such a way that total continuity is thus achieved in the implementation of the installation. It goes without saying that the ovens 17 and 19 and the soaking installation 18 will be equipped with all the accessory and additional provisions making it possible to predetermine, control and adjust, with great precision, the speeds, temperature, pressure and others. conditions for the correct operation of the installation.
In this regard, one or more control cabinets may be used in cooperation with said parts of the installation.
It will therefore be observed that the installation which has just been described in its main elements is capable of cutting, at a continuous and accelerated rate, sections of hardened steel strips, the characteristics of which correspond very exactly to those of the springs. wound in a spiral that will have to be executed.
It will suffice to wind said tempered steel strips on a suitable disc or core in such a way that the successive turns are in mutual contact then to release this winding so as to obtain, by the inherent elasticity of the material, a placing said hardened steel strip in the form of a correct spiral, perfectly homogeneous throughout its mass and in which it is ensured that, whatever the stresses, said spiral spring will deform in a practically constant manner in all its points.
To produce this winding, it will be possible very advantageously to use strips of hardened steel, a device whose characteristic elements are summarily shown schematically in FIGS. 8 and 9. This device comprises, essentially, a core or disc 24 mounted on an axis 25 and capable of to be driven in rotation, at suitable speed, by any suitable motor system (not shown). This core or disc has a radial notch 26.
The core or disc 24 having a contour in the form of a spiral, it will suffice to establish this spiral in such a way that the two lips 27-28 of the notch 26 are arranged at a different distance from the axis 25 and this difference will preferably be exactly equal to the thickness e of the tempered metal strip 29 to be wound up. In the presence of this rotary core 24, there is a spreader 30 capable, where appropriate, of oscillating about a pivot 31 and furnished, at both ends, with a roller, respectively 32-33.
Said lifter 30, by said pivot 31, is articulated at the end of the axis 34 of a piston 35. This latter can move in a cylinder 36 at the rear of which can, by a pipe 37, be supplied a fluid. under pressure. Under these conditions, said rollers 32-33 can be urged towards and against the rotary core 24 by a duly controlled force which can be considerable. It is therefore sufficient to introduce, in the notch 26, the inside folded end 2 of the spiral spring to be formed;
to maintain the hardened steel strip 29 in its initial position while allowing it to move longitudinally; to rotate, at suitable speed, the core 24. The metal strip 29 is therefore wound around the core 24 by pushing back the movable assembly formed of the rollers 32-33, the lifter 30, the pin 34 and the piston 35 , against the pressure of the fluid existing upstream of said piston 35. When the strip 29 is completely wound up in such a way that all the turns overlap each other, it suffices to release said winding.
This operation is extremely fast and it is possible to establish synchronism between this winding operation and the routing of the metal strips in the dipping and swimming section installation so as to organize an absolutely continuous production at a constant rate. accelerated.
Finally and if necessary, it will suffice, by an almost instantaneous operation, to bend the second end 1 of the spiral spring outwards.
The invention relates, in addition to the method and the installation for implementing it, any spring wound in a spiral, with the exception of the clockwork springs, resulting from the application of said method.