Dispositif de guidage du fil dans une machine à enrouler
La présente invention a pour objet un dispositif de guidage du fil dans une machine à enrouler. Elle concerne notamment les machines enroulant un fil sur une bobine rotative.
Dans l'enroulement conventionnel d'un fil sur une bobine, le fil est enroulé en couches constituées chacune par une hélice extrêmement grossière pour former un paquet sur la bobine. Le fil est guidé sur la bobine pendant l'enroulement par un bras de guidage à mouvement alternatif commandé par came et entraîné mécaniquement, ce bras guidant le fil sur la longueur axiale de la bobine et revenant à son point de départ pendant que la bobine tourne. La vitesse à laquelle ces machines peuvent fonctionner est limitée par la vitesse maximale à laquelle le bras de guidage peut effectuer son mouvement de va-et-vient sous l'effet de la came, la limite pratique étant actuellement de 600 à 700 cycles complets par minute, soit de 1200 à 1400 courses simples par minute.
En outre, quand des dispositifs de transport du fil purement mécanique fonctionnent à de telles vitesses, des efforts considérables prennent naissance par suite des fortes accélérations et décélérations impliquées dans le renversement rapide du mouvement des parties mobiles, de sorte que l'usure mécanique est considérable.
Un but de l'invention est de fournir un dispositif de guidage du fil capable d'un mouvement alternatif à des vitesses très supérieures sans usure excessive et qui soit facilement réglable pour modifier la longueur de la course, par exemple pendant l'opération d'enroulement à haute vitesse, selon la dimension ou la forme particulière désirée pour le paquet de fil.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une navette guidée de façon à pouvoir effectuer un mouvement alternatif le long d'une piste et entraînée sur cette dernière pneumatiquement par des jets de gaz, de l'air comprimé par exemple, appliqués alternativement aux extrémités opposées de la navette aux aux extrémités des courses successives, chaque jet étant réglé chronologiquement pour souffler la navette dans le sens opposé lors de sa prochaine course.
Deux soupapes de commande individuelles peuvent commander respectivement l'application du gaz comprimé aux extrémités opposées de la navette, chaque soupape étant actionnée par le mouvement de la navette elle-même quand elle atteint l'extrémité de chacune de ses courses.
Cette construction supprime toute difficulté à synchroniser correctement l'alimentation de gaz (air comprimé notamment) avec le mouvement de la navette puisque c'est cette dernière qui actionne des soupapes, et elle facilite en outre le réglage de la longueur de la course simplement en faisant varier l'espacement entre les organes d'actionnement des deux soupapes.
Chacune des soupapes peut être une soupape à clapet sollicitée par un ressort dans sa position de fermeture et comportant un organe d'actionnement destiné à être engagé par la navette pour amorcer l'ouverture de la soupape.
Le clapet mobile de chaque soupape peut être porté par un plongeur dont le piston est soumis à la pression de l'air comprimé délivré à travers la soupape quand celle-ci est partiellement ouverte, la pression de décharge servant à ouvrir complètement la soupape contre la force du ressort de rappel. Ainsi, quand la soupape à clapet commence à s'ouvrir par engagement avec la navette à l'extrémité de sa course d'approche, l'air délivré à travers la soupape partiellement ouverte et agissant sur la navette pour inverser le sens de son mouvement se trouve à forte pression. Cet air à forte pression agissant sur le plongeur de la soupape ouvre alors complètement cette dernière.
Quand la navette a inversé sa course et a été propulsée dans le sens opposé par l'air sous pression pour effectuer la course suivante, la pression d'air délivré à travers la soupape ouverte tombe à la pression atmo sphérique et la soupape se referme sous l'action de son ressort.
La navette peut comprendre une unité à cylindres à double action à extrémité ouverte coopérant avec deux pistons fixes disposés aux extrémités opposées de la piste de guidage et qui entrent respectivement dans les cylindres de navette aux extrémités des courses de celle- ci. Chaque soupape de commande est logée de préférence dans un des pistons fixes, son organe d'action nement faisant saillie à travers une lumière de décharge de la soupape dans la couronne du piston pour être engagée par la face extrême interne du cylindre de navette associé.
La navette peut être montée à glissement entre des guides rigides allongés et parallèles, le piston fixe étant disposé entre ces guides. Les guides parallèles peuvent être constitués par exemple par des tiges enfilées à travers des ouvertures dans les côtés opposés de la navette, de sorte que celle-ci peut glisser le long des tiges entre lesquelles elle est suspendue. En variante, les guides peuvent être constitués par deux canaux de guidage parallèles dont les cavités se font face, ces canaux présentant une section circulaire ou toute autre section interne correspondant au profil de la section externe de la navette, cette dernière étant montée à glissement dans les canaux opposés.
Le dessin annexé représente une machine à enrouler un fil et, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention:
La fig. 1 est une vue de bout de cette machine.
La fig. 2 est une vue en plan correspondant à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue à plus grande échelle, partiellement en coupe, de cette forme d'exécution, et
la fig 4 est une vue en perspective, partiellement en coupe, de la seconde forme d'exécution.
La machine à enrouler un fil représentée aux fig. 1 et 2 comprend un bâti 10 sur lequel un mandrin 11 pour un paquet de fil enroulé 12 est monté dans des paliers d'extrémité 13. Le paquet 12, qui est représenté partiellement enroulé à la fig. 1, est entraîné à une vitesse périphérique constante par un rouleau de frottement 14 monté à une extrémité d'un bras 15 dont l'autre extrémité est montée sur un pivot 16 fixé au bâti. Le rouleau 14 est entraîné par une courroie 17 depuis un moteur électrique 18.
Le rouleau 14 peut pivoter avec le bras 15 quand le diamètre du paquet augmente pendant l'enroulement, à partir d'une position de départ représentée en traits mixtes à la fig. 1 jusque dans la position intermédiaire représentée en traits pleins, et au-delà, de sorte que la vitesse périphérique du paquet 12 reste dans un rapport constant avec la vitesse du moteur 18 en dépit du changement de rayon du paquet. Le rouleau d'entraînement 14, le bras 15, la courroie 17, le moteur 18 et le bâti 10 ont été supprimés à la fig. 2.
Un fil 20 destiné à être enroulé est amené verticalement vers le bas depuis un magasin non représenté et est guidé sur le paquet 12 par un plateau de guidage 21 à fourche, effectuant un mouvement alternatif, d'un mécanisme de guidage du fil 22 représenté en détail à la fig. 3. Le mécanisme 22 est monté sur le bord supérieur d'un cadre basculant 23 monté sur un pivot 24 fixé au bâti 10. Le cadre 23 porte un rouleau allongé 25 qui maintient le fil vertical 20 contre le paquet durant l'enroulement, la pression du fil sur le rouleau 25 faisant basculer le cadre 23 et le mécanisme de guidage 22 vers l'extérieur quand le rayon du paquet augmente au cours de l'enroulement.
Le dispositif de guidage du fil (fig. 3) comprend une navette 30 montée à glissement de façon à pouvoir prendre un mouvement alternatif le long de deux tiges de guidage parallèles 31 fixées à des bras 23A du cadre basculant 23 et tendues par des écrous 33. La navette 30 comprend une unité à cylindres à double action dont les deux cylindres 35 présentent des extrémités ouvertes tournées vers l'extérieur aux extrémités opposées de la navette et sont fermés tous deux à leurs extrémités internes par des parois 36. La navette 30 porte le plateau de guidage 21 comportant un guide de fil 37 fait d'une matière frittée dure, par exemple en oxyde d'aluminium.
Les cylindres de navette 35 coopèrent respectivement avec deux pistons 38 fixes mais réglables longitudinalement faisant saillie aux extrémités de deux logements 39 montés chacun à glissement sur les tiges de guidage 31 et porté par une extrémité d'une tige de support 40.
Chaque logement 39 présente un trou cylindrique dans lequel un plongeur de soupape 41 est ajusté à glissement le plongeur 41 formant la pièce mobile d'une soupape à clapet. La tête 43 du plongeur 41 porte un anneau d'étanchéité 44 qui coopère avec un siège de soupape formé sur une bride retournée 45 à l'extrémité interne du piston 38, et un léger ressort 46 agissant sur l'extrémité arrière du plongeur 41 tend à maintenir l'anneau 44 en engagement étanche avec le siège pour fermer la soupape. Un bouton de commande 48 à l'autre extrémité du plongeur fait saillie à travers l'ouverture délimitée par la bride 45 et peut être pressé pour ouvrir la soupape.
De l'air comprimé est admis à travers un tuyau 50 dans l'alésage du logement 39 et dans une rainure annulaire 51 du plongeur 41 afin d'être retenu par l'anneau 44 quand la soupape est fermée. L'air comprimé peut passer à travers des rainures axiales 52 formées dans un collier 53 sur le plongeur 41 afin d'atteindre la tête 43 du plongeur. La surface efficace du piston constituée par le collier 53 est légèrement plus grande que la surface efficace de la tête de soupape 43, de sorte que la différence de pression de l'air comprimé admis à travers le tuyau 50 ouvrirait la soupape si ce n'était la présence du ressort 46 qui maintient la soupape légèrement, fermée, l'anneau d'étanchéité 44 engageant le siège de soupape sur la bride 45. Une très petite force exercée sur le bouton de commande 48, cependant, surmonte la force du ressort 46 et ouvre la soupape.
Le logement 39 présente une ouverture de ventilation 54 communiquant avec son alésage en arrière du plongeur 41 pour relâcher la pression en arrière du plongeur due à toute fuite d'air comprimé au-delà du plongeur.
Chaque cylindre 35 est ajusté librement autour du piston 38 associé, le jeu radial étant d'approximativement 0,1 mm, ce qui est suffisant pour éliminer l'amortissement de la navette par l'air emprisonné ,entre le piston 38 et le cylindre 35 et pour éliminer presque complètement l'usure entre ces deux éléments car aucun contact réel n'existe entre les surfaces cylindriques du piston et du cylindre. La projection axiale de chaque bouton d'actionnement 48 au-delà de la couronne du piston 38 associé est très petite, de 0,5 mm par exemple, de sorte que lorsque la navette 30 atteint l'extrémité de sa course, l'engagement de la paroi extrême interne 36 du cylindre 35 avec le bouton 48 faisant saillie du piston 38 entré dans ce cylindre est suffisant pour ouvrir très légèrement la soupape.
Quand la soupape a été légèrement ouverte par cette compression du bouton 48 par la navette 30 à l'extrémité d'une course, l'air comprimé envoyé dans le tuyau 50 passe à travers les rainures 52 et s'échappe par l'anneau 44 de la soupape légèrement ouverte dans le cylindre de soupape 35 pour agir sur la navette 30. La pression de l'air emprisonné dans le cylindre 35 agit sur toute la surface efficace du collier 53 et de l'extrémité du plongeur 41 et force immédiatement le plongeur 41 en dehors de son siège sur la bride 45 pour ouvrir complètement la soupape, permettant un écoulement total de l'air comprimé depuis le tuyau 50, l'air entrant dans le cylindre 35 et agissant sur la navette 30, pour arrêter la course en avant de la navette et accélérer rapidement celle-ci dans le sens opposé.
Dès que le piston 38 a quitté le cylindre 35 dans un stade précoce de la course inversée de la navette 30, la pression d'air agissant sur le plongeur 41 pour maintenir la soupape ouverte tombe à la pression atmosphérique, permettant à la soupape de se fermer sous l'action du ressort 46. La navette 30 continue sa course le long des tiges de guidage 31 jusqu,à achèvement de sa course où elle atteint le piston 38 à l'extrémité opposé des tiges 31 et actionne le bouton 48 de ce piston pour ouvrir la soupape associée et déclencher une nouvelle inversion de sa course.
De cette manière, le cycle de déplacement de la navette 30 est achevé et un mouvement alternatif continu de la navette le long des tiges de guidage est maintenu, l'opération des soupapes qui commandent l'alimentation d'air comprimé étant automatiquement synchronisée avec le mouvement de la navette en vertu du fait que c'est la navette elle-même qui déclenche l'ouverture des soupapes.
Pour produire initialement le mouvement alternatif de la navette 30, cette dernière est projetée manuellement contre le bouton 48 de l'un ou l'autre des pistons fixes 38, ouvrant ainsi légèrement la soupape correspondante pour commencer l'alimentation d'air comprimé. Le mouvement alternatif se poursuit ensuite automatiquement.
La longueur de la course de la navette est déterminée par l'espacement entre les boutons 48 des deux pistons 38. Cet espacement peut être réglé au moyen d'un mécanisme lent de réduction de course comprenant deux cames espacées 60 (fig.2) dont les suiveurs 61 sont montés sur les extrémités des tiges de support 40. Les cames 60 (non représentées à la fig. 1) sont montées à glissement sur des tiges de guidage 62 portées par les paliers fixes 13 du mandrin 11. Les dos 63 des cames 60 sont plans et sont engagés par des butées réglables 64 qui appuient chacune, quand elles sont dans une position de réglage donnée, contre le dos 63 de la came 60 associée pour maintenir la came dans une position donnée sur sa tige de guidage 62.
Quand l'enroulement se produit et que le diamètre du paquet 12 augmente, l'engagement du rouleau de guidage 25 avec la périphérie du paquet de rayon croissant fait basculer progressivement le cadre pivotant 23 vers l'extérieur afin de déplacer tout le mécanisme de guidage 22 sur le cadre 23 transversalement à sa longueur à distance du mandrin 11.
Ce mouvement fait que les deux suiveurs de cames 61 sur les tiges de support 40 suivent le profil des cames 60, de sorte que les tiges 40 sont lentement et progressivement poussées l'une vers l'autre, glissant à travers les extrémités 23A du cadre 23, quand l'enroulement s'effectue. Ce mouvement des tiges 40 produit un mouvement correspondant des logements 39 l'un vers l'autre à une vitesse déterminée, les logements glissant le long des tiges de support 31, de sorte que l'espacement entre les pistons fixes 38 et par conséquent, la course de la navette sont réduits lentement et progressivement, à une vitesse déterminée, afin de former les extrémités coniques désirées du paquet de fil enroulé.
Un raccourcissement périodique brusque de la course de la navette peut être superposé aussi à la réduction de course lente pour obtenir un dessin de rupture .
Un tel raccourcissement brusque de la course est produit au moyen d'une nouvelle came 70 montée sur l'arbre vertical d'une boîte à engrenage 71 entraînée par un moteur électrique 72, la boîte et le moteur étant montés sur le bâti 10 en arrière du cadre basculant 23. La came 70 agit sur deux suiveurs 73 montés chacun sur un piston 74 qui peut glisser dans un manchon de guidage tubulaire horizontal 75 au-dessus de la boîte 71, chaque suiveur 73 se projetant vers le bas à travers une fente longitudinale dans la paroi inférieure du manchon de guidage 75.
Chaque piston 74 est fixé au fil central coulissant 76 d'un de deux câbles de commande souples 77 qui s'étendent entre les extrémités du manchon de guidage 75 et les extrémités du mécanisme de guidage et son couplés à des plongeurs d'arrêt mobiles 64. Ainsi la rotation de la came 70 sous l'action du moteur 72, qui peut être commandé en synchronisme avec le moteur d'enroulement 18, transmet périodiquement un mouvement vers l'intérieur à travers chaque câble souple 77 au plongeur d'arrêt associé 64, de sorte que la came 60 associée est déplacée brusquement vers l'intérieur, le long de la tige de guidage 62 pour raccourcir la course de la navette 30 à cette extrémité du mécanisme, modifiant ainsi le dépôt des spires du fil dans l'enroulement du paquet et produisant le dessin de rupture recherché.
Les plongeurs d'arrêt mobiles 64 sont montés dans des trous formés dans deux consoles 78 auxquelles les extrémités des manchons extérieurs des câbles souples 77 sont connectés. Chaque console 78 est montée à glissement de façon à se déplacer le long d'une coulisse formée dans le dos du cadre 23 et peut être serrée dans la position requise par les boulons 79. Ainsi, pour effectuer un réglage préliminaire de la longueur de la course de la navette par rapport à laquelle la variation automatique produite par les cames 60 et 70 est imposée, les consoles 78 peuvent être déplacées individuellement le long de la coulisse du cadre 23 dans des positions répondant à l'espacement requis, et fixées dans ces positions de réglage au moyen des boulons 79.
Il est évident que des cames de réglage lent de la course et des cames de dessin de rupture semblables aux cames 60 et 70 sont utilisées dans les machines connues pour enrouler un fil avec les dispositifs de guidage de fil conventionnels entraînés mécaniquement, et que ces cames ne constituent pas une caractéristique nouvelle.
Toutefois, la construction décrite permet d'imposer ces deux mouvements de raccourcissement de la course au dispositif de guidage du fil entraîné pneumatiquement décrit ici, alors que ce dernier est entraîné à de très hautes vitesses, de sorte que des paquets à extrémités coniques peuvent être enroulés à grande vitesse, ce qui n'est pas possible avec les machines connues comportant un dispositif de guidage entraîné mécaniquement. Ce point est particulièrement important quand le fil qui doit être enroulé est en matière thermoplastique traitée à chaud qui tend à se gonfler après l'enroulement, et qui, s'il est enroulé en paquets à extrémités rectilignes, tend à sortir des extrémités du paquet.
La construction décrite permet aussi une commande très précise de la longueur de la course et de la position de la navette 30 quand elle est stationnaire à l'extrémité de chaque course, en vertu de la très courte longueur dont chaque bouton 48 fait saillir de son piston 38, assurant une petite ouverture précise des soupapes suivie par une ouverture complète automatique de ces soupapes par la pression pneumatique.
La position des points extrêmes de la course de la navette peut être déterminée avec une précision de
+ 0,2 mm sans difficulté.
Le jeu notable entre le piston et le cylindre, d'approximativement 0,1 mm contribue aussi à la précision de ces positions extrêmes, en éliminant l'amortissement de la navette par l'air emprisonné, et ce jeu élimine l'usure dans les faces du piston et du cylindre et augmente la vie utile de la navette.
Comme le dispositif de guidage du fil est autosynchronisé, la réduction de la course peut être obtenue avec une sûreté absolue et sans risque de blocage du mouvement alternatif de la navette, et la synchronisation permet au dispositif de fonctionner de façon sûre avec une pression d'air faible pour une vitesse donnée du mouvement, réduisant ainsi le bruit et la consommation d'air. Un angle d'hélice presque constant est maintenu pendant tout l'enroulement avec une vitesse linéaire constante du fil, de sorte que le rapport vitesse circonférentiellelvitesse transversale reste pratiquement constant quand le paquet s'accroît. Cela favorise l'obtention d'un paquet stable de bonne apparence.
Dans la seconde forme d'exécution du mécanisme de guidage 22A (fig. 4) la navette 30A, au lieu d'être montée à glissement sur deux rails de guidage parallèles, est montée à glissement entre deux canaux de guidage allongés parallèles 71A, 72A, dont les cavités se font face, ces cavités présentant une section circulaire par exemple, le canal 71A est construit et agencé de façon à être facilement déconnecté et soulevé, pour permettre un remplacement rapide de la navette 30A. Les logements de soupape 39A sont de même montés à glissement entre les deux canaux, et les autres parties du mécanisme sont semblables quant à leur construction et à leur fonctionnement aux parties correspondantes de la première forme d'exécution et portent les mêmes numéros de référence accompagnés du suffixe A .
Le mécanisme de guidage 22A peut être substitué au au mécanisme 22 dans la machine représentée aux fig. 1 et 2.