EP1901985B1 - Dispositif de va-et-vient a bras oscillant - Google Patents

Dispositif de va-et-vient a bras oscillant Download PDF

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EP1901985B1
EP1901985B1 EP06779037A EP06779037A EP1901985B1 EP 1901985 B1 EP1901985 B1 EP 1901985B1 EP 06779037 A EP06779037 A EP 06779037A EP 06779037 A EP06779037 A EP 06779037A EP 1901985 B1 EP1901985 B1 EP 1901985B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arm
guide
thickness
traversing device
oscillating arm
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP06779037A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1901985A2 (fr
Inventor
Xavier Ayrault
Cédric MILORD
Carlos Matas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swisstex France SAS
Original Assignee
Swisstex France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Swisstex France SAS filed Critical Swisstex France SAS
Publication of EP1901985A2 publication Critical patent/EP1901985A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1901985B1 publication Critical patent/EP1901985B1/fr
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
    • B65H54/2827—Traversing devices with a pivotally mounted guide arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/10—Handled articles or webs
    • B65H2701/17—Nature of material
    • B65H2701/174—Textile, fibre
    • B65H2701/1742—Fibreglass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the present invention relates to the field of winding a textile yarn on a support in order to form a reel during the various steps involved in its production (spinning, stretching, texturing, twisting or any other operation ...), said support being driven either by its axis or by pressure on a controlled organ.
  • the wire In a coil, the wire is distributed along its generator in the form of helical turns, either juxtaposed and parallel, or, more generally, shifted and crossed one layer relative to the other. To perform such an operation, the wire is guided by a guide device driven by a movement back and forth along the generatrix of the coil which will be referred to in the following by device-va- and- just
  • the speed of movement of the wire guide along the coil is constant, forming helical turns, with a reversal of motion at both ends.
  • This inversion is performed as quickly as possible so that a minimum of tangent wire is deposited with the edge of the coil, to avoid the risk of collapse of these son on the sidewall, a defect usually called " fallen ends", and to limit the increased deposition of yarn in the extremities, inhomogeneity of the density and formation called "saddle of horse".
  • the winding stroke which is determined by the distance between the two reversal points of the movement, is fixed or variable depending on the diameter according to a law of evolution allowing for example the formation of conical flanks .
  • the present invention more particularly relates to reciprocating devices whose wire guide is set in motion by means of an arm coupled to a motor, and driven by an alternating rotation movement between two angular positions.
  • the patent EP1089933 has such a reciprocating device that will be referred to in the following by means of back and forth to "swingarm".
  • the system consists of a wire guide mounted at the end of a pivoting arm coupled to the axis of an electric motor, which is connected to a programmable control unit.
  • Figures 1 and 2 illustrating such a system of back and forth.
  • the patent EP 1089933 already described embodiments of arms whose section has a larger dimension in the plane of oscillation than in the plane perpendicular to the plane of oscillation.
  • the patent CH693337 proposes improvements, in particular designs of arms with reduced moment of inertia, manufactured according to a hollow profile made of composite material based on carbon fiber.
  • the wire guide is coupled directly with at least one mechanical energy accumulator, the potential energy of which increases permanently after the dead points of the crossing zone thus forming, with the wire guide, a mechanical system with oscillations substantially harmonics.
  • the wire guide is supported by a third member which slides along an edge coupled with a swingarm. II it appears that the guide wire is not directly mounted on the swingarm.
  • the wire guide is carried by a sliding carriage in a linear guide system, the swing arm being secured to this carriage.
  • the swingarm is therefore not equipped with a wire guide
  • the invention relates to a reciprocating device with an oscillating arm about an axis equipped with a wire guide and coupled to an electric motor itself connected to a control unit able to order a rotational movement. alternative between two angular positions.
  • the oscillating arm has a width adapted to give it a high stiffness in its plane of oscillation and a thickness adapted to give it a low stiffness in a plane perpendicular to said plane of oscillation, said arm being mounted in combination with guide means shaped to limit or prohibit any deformation in said perpendicular plane while allowing the alternating rotation movement between two angular positions.
  • the width (L) of the arm, in the vicinity of the axis of rotation is greater than or equal to the width considered in the vicinity of the wire guide, the evolution profile being rectilinear, or curvilinear, and may have discontinuities (or stairs).
  • the thickness (t) of the arm, in the vicinity of the axis of rotation is greater than or equal to the thickness considered in the vicinity of the wire guide, the evolution profile being rectilinear, or curvilinear, and may have discontinuities (or stairs), the ratio L / t being greater than 15 in the vicinity of the axis of rotation, and decreasing towards the end of the arm, remaining in any point greater than or equal to 4.
  • the thickness (t) of the arm is constant, the ratio L / t being greater than 15 and preferably greater than 30 in the vicinity of the axis of rotation, and decreasing towards the end of the arm, remaining in all point greater than or equal to 4.
  • the oscillating arm has recesses.
  • the arm can be obtained by cutting into a plate of material of constant thickness, using any cutting process (for example sawing, fretwork, milling, water jet, laser, plasma , take part ). This same process is used for peripheral cutting and recesses.
  • any cutting process for example sawing, fretwork, milling, water jet, laser, plasma , take part . This same process is used for peripheral cutting and recesses.
  • the guide means consist of at least two elements arranged on either side of said oscillating arm, and having surfaces or contact areas extending over the swept sector during the back and forth movement.
  • the guide elements have points or zones placed facing each other to provide guidance, said points or zones being separated by a distance equal to the thickness of the oscillating arm increased by one set.
  • the guide clearance is, in all points considered in the guide zones, along the arm and / or the extent of its deflection, between 0% and 100% and preferably between 40% and 60% of the thickness of the arm at the point considered, that is to say that the distance between the guide faces at a given point is between 1 and 2 and preferably between 1.4 and 1.6 times the thickness (t) of the arm at the point considered.
  • Another problem to be solved by the invention is to integrate means for positioning the wire in the wire guide.
  • the oscillating arm is equipped with a "U" shaped wire guide, while at least one of the guide means has a profiled shape in the portion to the right of the guide wire, arranged such that wire is positioned in the U-shaped wire guide along its reciprocating motion, by pressing on the shaped shape nearest to said guide.
  • the invention therefore relates to a reciprocating device consisting of a wire guide (4) attached to the end of an oscillating arm (5) around a shaft (7), coupled to an electric motor. (6) itself connected to a steering unit capable of ordering an alternating rotational movement between two angular positions.
  • the wire guide (4) may be a ceramic wire guide attached by gluing on the arm (5).
  • the wire guide (4) can be constituted by a formed form in the arm (5), said form receiving a surface treatment capable of giving it resistance to abrasion of the wire (1) and a surface condition able not to damage said wire.
  • this surface treatment may be the application of a ceramics deposit by plasma torch followed by polishing.
  • the arm (5) is fixed by any attachment and coupling means to the motor shaft (7).
  • the motor (6) is controlled by a system giving it an alternating rotational movement between two angular positions, the reversal of the direction of rotation at said angular positions being very fast.
  • the axis of rotation of the shaft (7) is perpendicular to the plane of the profiled arm (5).
  • the reciprocating movement of the shaft (7) is transmitted to the arm (5), which is thus subjected to oscillation movement in its own plane.
  • the oscillating arm (5) has a profiled shape, cutting into a flattened plate-shaped shape of thickness (t).
  • the arm (5) has, given the width (L), a high stiffness in its plane of oscillation and, given its small thickness (t), a low stiffness in the plane perpendicular to it. oscillation plane.
  • section of the swingarm ( Fig. 5 )
  • the arm has particular arrangements to the right of its axis of rotation and to the right of the guide wire, in particular for the purpose of fixing, which will not be taken into account or included in the "section” thus defined.
  • the section of the oscillating arm (5) is generally inscribed in a substantially rectangular shape, the large side (L) of the rectangle, which corresponds to the width of the arm at the right of the section considered, being parallel to the plane of oscillation , and the small side (t) of the rectangle which represents the thickness of the arm to the right of the section considered, being perpendicular to the plane of oscillation and parallel to the axis of rotation.
  • the width (L) of the section of the oscillating arm is progressive, the thickness (t) of the arm being constant.
  • the arm (5) can be obtained by cutting in a plate of constant thickness material (t), by means of any cutting process (for example sawing, fretwork, milling, water jet , laser, plasma ). This same method is used for peripheral cutting and recesses (8).
  • the thickness (t) of the profile is chosen to be the smallest possible between 0.5 mm and 3 mm and advantageously between 0.75 mm and 1.25 mm.
  • the width (L) is then calculated to impart to the arm a resistance and stiffness in its oscillation plane sufficient to support the accelerations upon overturning at the ends of the oscillation motion. According to this calculation, the profile of the bending moment resulting from the application of the inertial force, leads to the necessary width (L) being maximum in the vicinity of the axis of rotation (7), and decreasing as and when as one moves towards the end.
  • the width (L) at the end of the arm is conditioned by the embodiment or integration of the "wire guide" function (4),
  • the bending calculation in the oscillation plane shows that the reduction in thickness (t) proportionally reduces the mass and therefore the inertia forces of the arm so that it would theoretically be possible to tend towards zero.
  • the arm must also have a resistance to bending in the perpendicular plane to withstand on the one hand the pulling of the yarn causing bending in this perpendicular plane, as well as torsions, but especially to resist the spill phenomenon of its section, ie a deformation combining twists and buckling of the portion of the profile compressed under the effect of the bending moment.
  • This spill is an unstable deformation that occurs in a direction that corresponds to the minimum axis of inertia of the profile, here the direction of the thinnest thickness (t).
  • the calculation and the experiment show that the ratio between the width (L) and the thickness (t) of the profile must be less than, 8 or 10 at all points to ensure stability.
  • the calculation and the experiment also show that for a ratio (L) / (t) greater than 10 the phenomenon of spill / buckling / torsion appears well before reaching the limits of the plane flexural system.
  • a very small thickness of the arm is therefore adopted and, in order to reach the limits of the planar bending system in the plane of oscillation, the latter is subjected to guiding means intended to block or limit the degrees of oscillation. freedom in the direction of deformation by twisting, buckling and / or spilling.
  • these guide means consist essentially of at least two elements (9, 10) arranged on both sides of the oscillating arm (5) and having surfaces or areas of contact (11, 12) extending over the swept area during the reciprocating motion.
  • the elements (9) (10) are fixed and are secured to a frame that has, for example, a machine receiving the winding system, without excluding other modes of attachment.
  • the elements (9) (10) can be integral with the winding system.
  • the guide means therefore ensure the relative positioning of the oscillating-arm reciprocating device with respect to the winding members of the coil,
  • the guiding means are designed according to detailed features below, so that they block or limit the deformation capacity of the arm within the limits acceptable by the material, that is to say causing constraints in the material lower than the practical fatigue limit of the material in the direction of the deformed, taking into account the alternating forces due to the movement back and forth.
  • the arm moves between the two elements (9, 10), which are defined so that, between points or zones placed facing each other and guiding, there is a distance (d) equal to arm thickness (t) increased by a game (J1 + J2), said game being distributed from part (J1) and other (J2) of said arm (5) when the arm is at rest.
  • the guide means according to the invention consists of two parallel flat surfaces spaced by a distance (d) constant and equal to the thickness of the arm (t) increased by constant play (J1 + J2) ( figure 7 ).
  • the guide clearance (J1 + J2) is, at all points considered in the guide zones, along the arm and / or the extent of its travel, between 0% and 100% of the thickness. arm (t).
  • the distance between the guide faces at a given point is between 1 and 2 times the thickness of the arm at the point in question.
  • the guide length which is considered here to be the width "L" of the arm (and / or possibly the width of the contact areas if these areas are discontinuous) must respect a ratio ("L" / "D") greater than 3.
  • the portion guiding the wire (4) is of substantially "U" shape of elongate legs, the wire (1) being guided transversely by the legs of said "U", its positioning in the "U” being determined by the supporting the wire on said profiled fixed member.
  • the optimization of the support profile and the rotational speed profile of the arm make it possible to optimize the helix angle (determining the angle of intersection), the linear speed of call (determining the winding voltage), the variations of voltages due to the reciprocating movement and the end reversal time (determining the formation quality of the winding flanges).
  • the support profile may be integrated in at least one of the guide means (9) or (10).
  • at least one of the means (9) or (10) has a profiled shape (13) considered to the right of the guide wire.
  • the wire (1) is positioned in the "U” -shaped wire guide along its reciprocating movement, by pressing on the profile (13) as close as possible to said guide (4).
  • the means (9) or (10) having this profile receive a surface treatment conferring on it the resistance to wear and a correct sliding of the wire, at least in said contact zone of said profile (13).
  • the oscillating arm (5) is made by cutting into a composite material plate made of epoxy resin and woven carbon fibers.
  • the plate is formed of three layers of carbon fabric and has a constant thickness of 1 mm.
  • the arm (5) is cut in this plate according to the profile shown figure 11 . It has a useful length of 270 mm, a width of 40 mm at its axis of rotation and 6 mm at the wire guide.
  • Prototypes were made with a ceramic wire guide (4), fixed by gluing to the end of the arm.
  • the weight of the arm (5) thus produced is 3.8 grams.
  • the arm (5) is associated with a guiding system formed of two plates (9, 10) made of steel, placed on either side of the arm (5) with a spacing (d) constant of 1.5 mm.
  • One of the plates has a profile contour (13) polished so as to position the wire (1) in the wire guide according to the angle of the arm as shown in FIG. figure 12 given here as an example.

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Mechanically-Actuated Valves (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Transplanting Machines (AREA)

Description

  • La présente invention concerne le domaine du renvidage d'un fil textile sur un support afin de former une bobine lors des différentes étapes qu'implique sa production (filature, étirage, texturation, retordage ou toute autre opération...), ledit support étant entraîné soit par son axe soit par pression sur un organe piloté.
  • Dans une bobine, le fil est distribué le long de sa génératrice sous forme de spires hélicoïdes, soit juxtaposées et parallèles, soit, plus généralement, décalées et croisées d'une couche par rapport à l'autre. Pour réaliser une telle opération, le fil est guidé par un dispositif de guidage animé d'un mouvement de va-et-vient le long de la génératrice de la bobine que l'on désignera dans ce qui suit par dispositif de va-et-vient
  • En général, la vitesse de déplacement du guide-fil le long de la bobine est constante, formant les spires en hélice, avec une inversion du mouvement aux deux extrémités. Cette inversion est effectuée le plus rapidement possible afin qu'un minimum de fil soit déposé tangent avec le bord de la bobine, pour éviter les risques d'éboulement de ces fils sur le flanc, défaut usuellement appelé « bouts tombés », et pour limiter le dépôt accru de fil dans les extrémités, défaut d'homogénéité de la densité et de formation appelé « selle de cheval ».
  • Selon la forme de bobine souhaitée, la course de bobinage, qui est déterminée par la distance entre les deux points d'inversion du mouvement, est fixe ou variable en fonction du diamètre selon une loi d'évolution permettant par exemple la formation de flancs coniques.
  • De très nombreuses solutions ont été proposées pour réaliser des systèmes de va-et-vient permettant de distribuer le fil à la surface de la bobine.
  • La présente invention concerne plus particulièrement des dispositifs de va-et-vient dont le guide-fil est mis en mouvement par l'intermédiaire d'un bras accouplé à un moteur, et animé d'un mouvement de rotation alternative entre deux positions angulaires. Le brevet EP1089933 présente un tel dispositif de va-et-vient que l'on désignera dans ce qui suit par dispositif de va-et-vient à « bras oscillant ». Le système est composé d'un guide-fil monté à l'extrémité d'un bras pivotant accouplé à l'axe d'un moteur électrique, lequel est connecté à une unité de pilotage programmable. On renvoie aux figures 1 et 2 illustrant un tel système de va-et-vient.
  • Dans toutes les solutions antérieures proposées dans lesquelles le guide-fil est monté sur un élément de transmission (courroie, bras oscillant...) entraîné par un moteur, le principal problème posé est celui des pics instantanés d'accélération qu'il est nécessaire d'imposer au niveau de la zone de renversement du sens de déplacement, et des efforts induits en raison des inerties et des masses en mouvement.
  • Ce problème est particulièrement complexe dans le cas des dispositifs de va-et-vient à bras oscillants du fait de la longueur du bras et de la masse du guide-fil placé en son extrémité. Compte tenu du moment d'inertie qui en résulte, il est nécessaire de fournir un très fort couple instantané pour obtenir un temps d'inversion raisonnable, ce qui impose de surdimensionner le moteur. De plus, les accélérations lors du renversement induisent des efforts et des contraintes très élevées dans le bras qui génèrent des flexions et des vibrations importantes. Ces flexions et ces vibrations affectent la trajectoire du guide-fil et donc la précision de la dépose aux abords des flancs de la bobine.
  • On a proposé plusieurs solutions pour résoudre ce problème. Par exemple, on a cherché à rajouter des forces additionnelles pour assister l'inversion. Le brevet US5908170 propose un dispositif de butées mécaniques élastiques, le brevet EP1124748 propose un système électromagnétique fournissant une force additionnelle.
  • On a aussi cherché à réduire l'inertie du bras et les masses en mouvement. Le brevet EP 1089933 précité décrivait déjà des modes de réalisations de bras dont la section présente une plus grande dimension dans le plan d'oscillation que dans le plan perpendiculaire à ce plan d'oscillation. Le brevet CH693337 propose des perfectionnements, notamment des dessins de bras à moment d'inertie réduit, fabriqué selon un profil évidé en matériau composite à base de fibre de carbone.
  • Dans le brevet US 6,592,066 , le guide-fil est accouplé directement avec au moins un accumulateur d'énergie mécanique dont l'énergie potentielle augmente en permanence après les points morts de la zone de traversée formant ainsi, avec le guide-fil, un système mécanique avec des oscillations sensiblement harmoniques.
  • Dans ce document, le guide-fil est supporté par un élément tiers qui coulisse le long d'une arête accouplée avec un bras oscillant. II apparaît donc que le guide-fil n'est pas directement monté sur le bras oscillant.
  • Dans le brevet GB 17512 , le guide-fil est porté par un chariot coulissant dans un système de guidage linéaire, le bras oscillant étant assujetti à ce chariot. Le bras oscillant n'est donc pas équipé d'un guide-fil
  • Les solutions proposées n'ont pas apporté de solution satisfaisante, principalement en raison d'exigences contradictoires :
    • En allégeant le bras, on diminue l'inertie et donc les efforts, mais on augmente la souplesse, et donc les déformations et les vibrations.
    • En raidissant le bras, on augment son inertie et donc les efforts induits, ce qui de plus exige un moteur plus puissant.
    • Le bras doit conserver une raideur suffisante dans le plan perpendiculaire à son plan d'oscillation pour résister à la traction du fil et aux flexions, torsions ou flambages sous l'effet des accélérations angulaires.
  • Or il a été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un moyen de résoudre avantageusement les problèmes exposés précédemment.
  • L'invention concerne un dispositif de va-et-vient à bras oscillant autour d'un axe équipé d'un guide-fil et accouplé à un moteur électrique lui-même connecté à une unité de pilotage apte à lui ordonner un mouvement de rotation alternative entre deux positions angulaires.
  • Selon l'invention, le problème posé est résolu par les caractéristiques de la revendication 1.
  • Le bras oscillant présente une largeur apte à lui conférer une raideur élevée dans son plan d'oscillation et une épaisseur apte à lui conférer une raideur faible dans un plan perpendiculaire audit plan d'oscillation, ledit bras étant monté en combinaison avec des moyens de guidage conformés pour limiter ou interdire toute déformation dans ledit plan perpendiculaire tout en permettant le mouvement de rotation alternative entre deux positions angulaires.
  • Pour présenter une raideur suffisante dans son plan d'oscillation, la largeur (L) du bras, au voisinage de l'axe de rotation, est supérieure ou égale à la largeur considérée au voisinage du guide-fil, le profil d'évolution étant rectiligne, ou curviligne, et pouvant présenter des discontinuités (ou escalier).
  • L'épaisseur (t) du bras, au voisinage de l'axe de rotation, est supérieure ou égale à l'épaisseur considérée au voisinage du guide-fil, le profil d'évolution étant rectiligne, ou curviligne, et pouvant présenter des discontinuités (ou escalier), le rapport L/t étant supérieur à 15 au voisinage de l'axe de rotation, et décroissant vers l'extrémité du bras, en restant en tout point supérieure ou égal à 4.
  • Avantageusement, l'épaisseur (t) du bras est constante, le rapport L/t étant supérieur à 15 et de préférence supérieur à 30 au voisinage de l'axe de rotation, et décroissant vers l'extrémité du bras, en restant en tout point supérieure ou égal à 4.
  • Avantageusement, le bras oscillant présente des évidements.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le bras peut être obtenu par découpage dans une plaque de matériau d'épaisseur constante, à l'aide de tout procédé de découpe (par exemple sciage, chantournage, fraisage, jet d'eau, laser, plasma, emporte pièce...). Ce même procédé est mis en oeuvre pour la découpe périphérique et les évidements.
  • Pour résoudre le problème posé d'assurer le guidage du bras oscillant, compte tenu de sa faible épaisseur et donc de sa raideur insuffisante dans le plan perpendiculaire à son plan d'oscillation, les moyens de guidage sont constitués d'au moins deux éléments disposés de part et d'autre dudit bras oscillant, et présentant des surfaces ou des zones de contact s'étendant sur le secteur balayé lors du mouvement de va-et-vient.
  • Les éléments de guidage présentent des points ou zones placés en vis-à-vis pour assurer le guidage, lesdits points ou zones étant séparés d'une distance égale à l'épaisseur du bras oscillant augmentée d'un jeu.
  • Le jeu précité peut résulter de différentes formes de réalisation. Notamment :
    • le jeu est réparti de part et d'autre dudit bras lorsque le bras est au repos ;
    • le jeu est constant en tout point, le long du bras et sur l'étendue de son débattement ;
    • le jeu est variable d'un point à l'autre pour contrôler la déformée du bras, par exemple décroissant le long du bras pour être minimal au voisinage du guide-fil ;
    • le jeu est variable et définit des zones de guidage limitées, ces zones étant ponctuelles, linéaires ou surfaciques, pour minimiser les surfaces de contact ; les zones de guidage de chaque élément de guidage sont placées en vis à vis, de part et d'autre du bras.
  • Avantageusement, le jeu de guidage est, en tout point considéré dans les zones de guidage, le long du bras et/ou sur l'étendue de son débattement, compris entre 0 % et 100 % et de préférence entre 40 % et 60 % de l'épaisseur du bras au point considéré, c'est à dire que la distance entre les faces de guidage en un point donné est comprise entre 1 et 2 et de préférence entre 1.4 et 1.6 fois l'épaisseur (t) du bras au point considéré.
  • L'espacement (d) entre les zones de guidages en vis-à-vis et la longueur (L) de guidage, que l'on considère ici comme étant la largeur des zones de contacts et /ou la largeur du bras, respectent un rapport (L /d) supérieur à 3.
  • Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est d'intégrer des moyens de positionner le fil dans le guide-fil.
  • Pour résoudre un tel problème, le bras oscillant est équipé d'un guide-fil en forme de « U », tandis que l'un au moins des moyens de guidage présente une forme profilée dans la partie au droit du guide-fil, agencée de telle sorte que fil est positionné dans le guide-fil en forme de « U » le long de son mouvement de va-et-vient, par un appui sur la forme profilée au plus près dudit guide.
  • L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures et dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un système de va-et-vient à bras oscillant, selon l'art antérieur.
    • La figure 2 est une vue de côté correspondant à la figure 1.
    • La figure 3 est une vue de face d'un bras oscillant réalisé selon l'invention.
    • La figure 4 est une vue de côté du bras selon l'invention.
    • La figure 5 est un exemple de section du bras selon l'invention.
    • La figure 6 est une vue à caractère schématique du bras dans son système de guidage.
    • La figure 7 montre un détail de la figure 6.
    • Les figures 8 et 9 montrent une variante de réalisation correspondant aux figures 6 et 7.
    • La figure 10 est une vue schématique en perspective du système selon l'invention.
    • La figure 11 est un exemple de dessin du bras oscillant réalisé selon l'invention.
    • La figure 12 est un exemple de dessin du profil du ou des dispositifs de guidage pour faire évoluer la position du fil dans le guide-fil en fonction de l'angle du bras.
  • L'invention concerne donc un dispositif de va-et-vient composé d'un guide-fil (4) fixé à l'extrémité d'un bras oscillant (5) autour d'un arbre (7), accouplé à un moteur électrique (6) lui-même connecté à une unité de pilotage apte à lui ordonner un mouvement de rotation alternée entre deux positions angulaires.
  • Le guide-fil (4) peut être un guide-fil en céramique rapporté par collage sur le bras (5). Ou bien, le guide-fil (4) peut être constitué par une forme aménagée dans le bras (5), ladite forme recevant un traitement de surface apte à lui conférer une résistance à l'abrasion du fil (1) et un état de surface apte à ne pas endommager ledit fil. Par exemple ce traitement de surface peut être l'application d'un dépôt de céramique par torche plasma suivi d'un polissage.
  • Le bras (5) est fixé par tout moyen de fixation et d'accouplement, à l'arbre moteur (7). D'une manière connue pour l'homme de métier, le moteur (6) est piloté par un système lui conférant un mouvement de rotation alternatif entre deux positions angulaires, l'inversion du sens de rotation aux dites positions angulaires étant très rapide.
  • L'axe de rotation de l'arbre (7) est perpendiculaire au plan du bras profilé (5). Le mouvement de rotation alternatif de l'arbre (7) est transmis au bras (5), lequel est donc soumis à un mouvement d'oscillation dans son propre plan.
  • Selon la forme de réalisation préférée de l'invention, illustrée par les figures 3, 4 et 5, le bras oscillant (5) présente une forme profilée, se découpant dans une forme aplatie en forme de plaque d'épaisseur (t).
  • Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le bras profilé (5) présente une épaisseur (t) variable ou constante, qui est en tout point faible par rapport à sa largeur (L), Avantageusement, l'épaisseur (t) est constante, de sorte que le bras (5) peut être obtenu par découpage dans une matière première se présentant sous forme de tôle, de feuilles ou de plaques. Toutefois, il est aussi possible d'obtenir le profil et la forme aplatie par d'autre moyen de fabrication, tel que par exemple, à titre indicatif non limitatif :
    • par moulage ou injection de matériaux métalliques ou thermoplastiques,
    • par pressage de composites, tel par exemple des matériaux thermodurcissables,
    • par emboutissage,
  • Il en résulte que le bras (5) présente, compte tenu de la largeur (L), une raideur élevée dans son plan d'oscillation et, compte tenu de sa faible épaisseur (t), une raideur faible dans le plan perpendiculaire à ce plan d'oscillation.
  • De préférence, pour diminuer les masses en mouvement, le bras (5) oscillant présente, séparément ou en combinaison, les caractéristiques suivantes :
    • il est réalisé dans un (ou des) matériaux de faible densité et résistance mécanique élevée tel des alliages légers par exemple à base d'aluminium, de magnésium..., des matériaux composites par exemple à base de fibre (de verre, de carbone...) dans des résines (époxydes,phénoliques...)... ;
    • il a une structure « sandwichs » combinant plusieurs couches de matériaux de propriétés complémentaires, comportant par exemple des couches superficielles offrant un résistance au frottement élevée ou un coefficient de friction réduit ;
    • il présente des évidements (8).
  • On comprendra plus facilement l'invention en se reportant aux figures 3, 4 et 5.
  • Dans ce qui suit, par «section» du bras oscillant (fig. 5), on considèrera une section définie selon une coupe perpendiculaire à la droite passant par son axe de rotation et le guide-fil. On admettra que le bras présente des agencements particuliers au droit de son axe de rotation et au droit du guide-fil, notamment à fin de fixation, qui ne seront pas pris en compte ou inclus dans la « section » ainsi définie.
  • On considèrera que la section du bras oscillant (5) est globalement inscrite dans une forme sensiblement rectangulaire, le grand coté (L) du rectangle, qui correspond à la largeur du bras au droit de la section considérée, étant parallèle au plan d'oscillation, et le petit coté (t) du rectangle qui représente l'épaisseur du bras au droit de la section considérée, étant perpendiculaire au plan d'oscillation et parallèle à l'axe de rotation.
  • On admettra que les caractéristiques dimensionnelles exposées (planéité, parallélisme, épaisseurs, distances...) puissent être affectées de variations dues aux tolérances de fabrications.
  • Dans une forme préférée de l'invention, la section du bras oscillant (5) est évolutive, de telle sorte que :
    • la largeur (L) du bras (5) au voisinage de l'axe de rotation (7) est supérieure ou égale à celle au voisinage du guide-fil (4), le profil d'évolution étant rectiligne, curviligne, et/ou présentant des discontinuités (ou escalier) ;
    • l'épaisseur (t) du bras au voisinage de l'axe de rotation (7) est supérieure ou égale à celle au voisinage du guide-fil (4), le profil d'évolution étant rectiligne, curviligne, et/ou présentant des discontinuités (ou escalier).
  • Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la largeur (L) de la section du bras oscillant est évolutive, l'épaisseur (t) du bras étant constante. Selon ce dernier mode de réalisation, le bras (5) peut être obtenu par découpage dans une plaque de matériau d'épaisseur constante (t), au moyen de tout procédé de découpe (par exemple sciage, chantournage, fraisage, jet d'eau, laser, plasma...). Ce même procédé est mis en oeuvre pour la découpe périphérique et les évidements (8).
  • Afin de minimiser le poids et le moment d'inertie du bras (5), l'épaisseur (t) du profilé est choisie pour être la plus faible possible comprise entre 0.5 mm et 3 mm et avantageusement entre 0.75 mm et 1.25 mm. La largeur (L) est alors calculée pour conférer au bras une résistance et une raideur dans son plan d'oscillation suffisantes pour supporter les accélérations lors du renversement aux extrémités du mouvement d'oscillation. Selon ce calcul, le profil du moment fléchissant résultant de l'application de la force d'inertie, conduit à ce que la largeur (L) nécessaire est maximale au voisinage de l'axe de rotation (7), et décroissante au fur et à mesure que l'on s'éloigne vers l'extrémité. La largeur (L), à l'extrémité du bras, est conditionnée par le mode de réalisation ou d'intégration de la fonction « guide-fil » (4),
  • Le calcul en flexion dans le plan d'oscillation montre que la réduction d'épaisseur (t) réduit proportionnellement la masse et donc les forces d'inerties du bras de sorte qu'il serait théoriquement possible de tendre vers zéro. Mais en pratique, le bras doit aussi présenter une résistance à la flexion dans le plan perpendiculaire pour résister d'une part à la traction du fil engendrant des flexions dans ce plan perpendiculaire, ainsi que des torsions, mais surtout pour résister au phénomène de déversement de sa section, c'est à dire une déformation combinant des torsions et un flambage de la partie du profil comprimée sous l'effet du moment fléchissant. Ce déversement est une déformation instable qui se produit selon une direction qui correspond à l'axe d'inertie minimale du profilé, ici la direction de la plus faible épaisseur (t).
  • Le calcul et l'expérience montrent que le rapport entre la largeur (L) et l'épaisseur (t) du profil, doit rester inférieur à, 8 ou 10 en tout point pour assurer la stabilité. Le calcul et l'expérience montrent aussi que pour un rapport (L) / (t) supérieur à 10 le phénomène de déversement / flambage / torsions apparaît bien avant que l'on atteigne les limites du système en flexion plane.
  • Selon l'invention, on adopte donc une très faible épaisseur du bras et, pour pouvoir atteindre les limites du système en flexion plane dans le plan d'oscillation, ce dernier est assujetti à des moyens de guidage destinés à bloquer ou limiter les degrés de liberté dans la direction où s'exerce la déformation par torsion, flambage et/ou déversement.
  • D'une manière avantageuse, ces moyens de guidage sont essentiellement constitués d'au moins deux éléments (9, 10) disposés de part et d'autre du bras oscillant (5) et présentant des surfaces ou des zones de contact (11, 12) s'étendant sur le secteur balayé lors du mouvement de va-et-vient.
  • Les éléments (9) (10) sont fixes et sont rendus solidaires d'un bâti que présente, par exemple, une machine recevant le système de bobinage, sans pour cela exclure d'autres modes de fixation. Ainsi, les éléments (9) (10) peuvent être solidaires directement du système de bobinage. Les moyens de guidage assurent par conséquent le positionnement relatif du dispositif de va-et-vient à bras oscillant par rapport aux organes d'enroulement de la bobine,
  • Les moyens de guidage sont conçus selon des caractéristiques détaillées plus loin, de sorte qu'ils bloquent ou limitent la capacité de déformation du bras en deçà des limites acceptables par le matériau, c'est à dire engendrant des contraintes dans le matériau inférieures à la limite pratique en fatigue du matériau dans la direction de la déformée, compte tenu des efforts alternés dus au mouvement de va-et-vient.
  • En bloquant ou limitant ainsi le phénomène de déversement / flambage / torsion, le calcul et l'expérience montrent que l'on peut obtenir un fonctionnement correct du système avec un rapport (L) / (t) supérieur à 40 au voisinage de l'axe de rotation, et décroissant vers l'extrémité du bras, en restant en tout point supérieure ou égal à 5, sans atteindre les limites du système en flexion. Il en résulte la possibilité d'un allégement considérable du bras (5) sans préjudice sur la précision de dépose et la fiabilité du système, permettant de réduire les couples instantanés à transmettre par le moteur, et donc la taille et la puissance dudit moteur, et/ou d'augmenter la performance du système, c'est à dire la capacité d'atteindre des vitesses de bobinage beaucoup plus élevées.
  • Selon l'invention, les moyens de guidage (9, 10) du bras (5) sont déterminés pour :
    • autoriser un mouvement de va-et-vient dans le plan d' oscillation dudit bras selon un débattement angulaire nécessaire pour obtenir la course de bobinage ;
    • interdire, dans une direction perpendiculaire à ce mouvement de va-et-vient, une torsion et/ou une flexion et/ou un flambage et/ou un déversement, ou bien limiter ces déformations dans des limites engendrant des contraintes inférieures à celles admissibles par le matériau.
  • Le bras évolue entre les deux éléments (9, 10), qui sont définis de telle sorte que, entre des points ou zones placés en vis-à-vis et qui assurent le guidage, il y ait une distance (d) égale à l'épaisseur du bras (t) augmenté d'un jeu (J1+J2), ledit jeu étant réparti de part (J1) et d'autre (J2) dudit bras (5) lorsque le bras est au repos.
  • Selon l'invention :
    • Le jeu (J1+J2) peut être égal en tout point, le long du bras et sur l'étendue de son débattement.
    • Ou bien, le jeu (J1+J2) peut être variable d'un point à l'autre pour contrôler la déformée de la pièce. Par exemple, le jeu peut évoluer le long du bras pour être minimal au voisinage du guide-fil.
    • Ou bien encore, le jeu peut être variable définissant des zones de guidage (11, 12) limitées, voire ponctuelles ou linéaires, pour minimiser les surfaces de contact. Dans ce cas, les zones de guidage correspondent à des surfaces placées en vis à vis.
  • Selon le mode de réalisation particulièrement avantageux où le bras est d'épaisseur (t) constante, le moyen de guidage selon l'invention est constitué de deux surfaces planes parallèles espacées d'une distance (d) constante et égale à l'épaisseur du bras (t) augmenté d'un jeu constant (J1+J2) (figure 7).
  • Quel que soit le mode de réalisation du système de guidage, selon un aspect important de l'invention, le jeu fonctionnel est déterminé pour répondre aux caractéristiques suivantes :
    • limiter les flexions dans les limites acceptables par la résistance des matériaux ;
    • limiter la torsion, c'est à dire la rotation du bras autour de son axe principal ;
    • garantir des conditions de frottement sans risque d'arc-boutement ;
    • rester dans des valeurs de tolérances en positionnement, planéité et rectitude réalisable dans des conditions économiques acceptables.
  • Pour cela, le jeu de guidage (J1+J2) est, en tout point considéré dans les zones de guidage, le long du bras et/ou sur l'étendue de son débattement, compris entre 0% et 100% de l'épaisseur du bras (t). Autrement dit, la distance entre les faces de guidage en un point donné est comprise entre 1 et 2 fois l'épaisseur du bras au point considéré. Dans le même temps la longueur de guidage, que l'on considère ici comme étant la largeur « L » du bras (et/ou éventuellement la largeur des zones de contacts si ces zones sont discontinues) doit respecter un rapport (« L »/ « d ») supérieur à 3.
  • Comme indiqué, un autre problème que se propose de résoudre l'invention est d'intégrer les moyens de positionner le fil dans le guide-fil. En effet, comme cela ressort de l'enseignement du brevet EP1089933 , le mouvement de dépose du fil sur le support, peut être obtenu par la combinaison du déplacement angulaire en va-et-vient du bras oscillant avec l'appui du fil sur un organe fixe dont le profil détermine, pour chaque position angulaire du bras, une position du fil particulière dans le guide-fil, et donc une trajectoire particulière dudit fil. Pour cela, la partie guidant le fil (4) est de forme substantiellement en « U » de jambes allongées, le fil (1) étant guidé transversalement par les jambes dudit « U », son positionnement dans le « U » étant déterminé par l'appui du fil sur ledit organe fixe profilé.
  • D'une manière connue par l'homme de l'art, l'optimisation du profil d'appui et du profil de vitesse de rotation du bras permettent d'optimiser l'angle d'hélice (déterminant l'angle de croisure), la vitesse linéaire d'appel (déterminant la tension de bobinage), les variations de tensions dues au mouvement de va-et-vient et le temps de renversement aux extrémités (déterminant la qualité de formation des flancs de bobines).
  • Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le profil d'appui peut être intégré dans l'un au moins des moyens de guidage (9) ou (10). Pour cela, au moins l'un des moyens (9) ou (10) présente une forme profilée (13) considérée au droit du guide-fil. Ainsi le fil (1) est positionné dans le guide-fil en forme de « U » le long de son mouvement de va-et-vient, par un appui sur le profil (13) au plus près dudit guide (4). Compte tenu de la friction du fil sur cette forme profilée, le ou les moyens (9) ou (10) présentant ce profil, reçoivent un traitement de surface lui conférant la résistance à l'usure et un glissement correct du fil, au moins dans ladite zone de contact dudit profil (13).
  • On renvoie à l'exemple ci-après donné à titre indicatif nullement limitatif et qui concerne un système de va-et-vient à bras oscillant ayant une course utile de 250 mm, capable de réaliser 1000 allers et retours par minute.
  • Le bras oscillant (5) est réalisé par découpe dans une plaque de matériaux composite en résine époxy et fibres de carbone tissées. La plaque est formée de trois couches de tissus de carbone et fait une épaisseur constante de 1 mm.
  • Le bras (5) est découpé dans cette plaque selon le profil représenté figure 11. Il a une longueur utile de 270 mm, une largeur de 40 mm au niveau de son axe de rotation et de 6 mm au niveau du guide-fil.
  • Des prototypes ont été réalisés avec un guide-fil (4) en céramique, fixé par collage à l'extrémité du bras.
  • Le poids du bras (5) ainsi réalisé est de 3.8 grammes.
  • Le bras (5) est associé avec un système de guidage formé de deux plaques (9, 10) en acier, placées de part et d'autre du bras (5) avec un espacement (d) constant de 1.5 mm. L'une des plaques présente un contour profilé (13) poli de façon à positionner le fil (1) dans le guide-fil en fonction de l'angle du bras tel que représenté à la figure 12 donnée ici à titre d'exemple.

Claims (16)

  1. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant (5) équipé d'un guide-fil (4) pour le bobinage d'une matière filiforme sur un support entraîné en rotation, ledit bras (5) étant assujetti à des moyens aptes à lui conférer, par rapport à un axe de rotation (7), un mouvement de rotation alternative entre deux positions angulaires,
    caractérisé en ce que le bras oscillant (5) présente une largeur L et une épaisseur t telles que l'épaisseur (t) du bras (5) au voisinage de l'axe de rotation (7) est supérieure on égale à celle au voisinage du guide-fil (4), le profil d'évolution étant rectiligne ou curviligne, et pouvant présenter des discontinuités (ou escalier) et le rapport L/t est supérieur à 15 au voisinage de l'axe de rotation (7), et décroissant vers l'extrémité du bras, en restant en tout point supérieur ou égal à 4, de sorte que la largeur (L) lui confère une raideur élevée dans son plan d'oscillation, et l'épaisseur (t) lui confère une raideur faible dans un plan perpendiculaire audit plan d'oscillation, ledit bras (5) étant monté entre au moins deux éléments de guidage (9) et (10) présentant des surfaces ou des zones de contact (11, 12) s'étendant sur le secteur balayé lors du mouvement de rotation alternative, afin de limiter ou interdire les déformations du bras dans ledit plan perpendiculaire, résultant de sa faible raideur dans ce plan, tout en permettant le mouvement de rotation alternative dudit bras entre les deux positions angulaires.
  2. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (L) du bras (5) au voisinage de l'axe de rotation (7) est supérieure ou égale à la largeur considérée au voisinage du guide-fil (4), le profil d'évolution étant rectiligne, ou curviligne, et pouvant présenter des discontinuités (ou escalier).
  3. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'épaisseur (t) du bras (5) constante et en ce que le rapport L/t est, de préférence, supérieur à 30 au voisinage de l'axe de rotation.
  4. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur (t) du bras est comprise entre 0.5 et 3 mm et de préférence entre 0.75 et 1.25 mm.
  5. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bras oscillant présente des évidements (8).
  6. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le bras (5) est obtenu par découpage dans une plaque de matériau d'épaisseur constante (t), ce même procédé étant mis en oeuvre pour la découpe périphérique et les éventuels évidements (8).
  7. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de guidage (9, 10) présentent des points ou zones (11), (12) placés en vis-à-vis pour assurer le guidage, lesdits points ou zones étant séparés d'une distance (d) égale à l'épaisseur (t) du bras oscillant (5) augmentée d'un jeu (J1+J2).
  8. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le jeu (J1+J2) est réparti de part et d'autre dudit bras (5) lorsque le bras est au repos,
  9. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le jeu (J1+J2) est constant en tout point, le long du bras (5) et sur l'étendue de son débattement.
  10. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le jeu (J1+J2) est variable d'un point à l'autre pour contrôler la déformée du bras (5), notamment décroissant le long du bras (5) pour être minimal au voisinage du guide-fil (4).
  11. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le jeu (J1+J2) est variable et définit des zones de guidage limitées (11, 12), ces zones étant ponctuelles, linéaires ou surfaciques, pour minimiser les surfaces de contact.
  12. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 11, caractérisé en ce que les zones de guidage (11, 12) de chaque élément de guidage (9, 10) sont placées en vis à vis, de part et d'autre du bras (5).
  13. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le jeu de guidage (J1+ J2) est, en tout point considéré dans les zones de guidage (11, 12), le long du bras (5) et/ou sur l'étendue de son débattement, compris entre 0% et 100% et de préférence entre 40% et 60% de l'épaisseur (t) du bras (5) au point considéré, c'est à dire que la distance (d) entre les faces de guidage (11, 12), en un point donné, est compris entre 1 et 2 et, de préférence, entre 1.4 et 1.6 fois l'épaisseur (t) du bras (5) au point considéré.
  14. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'espacement (d) entre les zones de guidages en vis-à-vis et la longueur (L) de guidage, que l'on considère ici comme étant la largeur des zones de contacts et /ou la largeur du bras, respecte un rapport (« L » / « d ») supérieur à 3.
  15. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (t) du bras (5) est constante, et en ce que les éléments de guidage (9) et (10) présentent deux surfaces planes parallèles (11, 12) espacées d'une distance (d) constante et égale à l'épaisseur du bras (t) augmentée d'un jeu constant (J1+J2) compris entre 0% et 100% et de préférence entre 40% et 60% de l'épaisseur (t) du bras (5), c'est à dire que la distance (d) entre les surfaces planes parallèles (11, 12) est comprise entre 1 et 2 et de préférence entre 1.4 et 1.6 fois l'épaisseur (t) du bras (5).
  16. Dispositif de va-et-vient à bras oscillant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 15, caractérisé en ce le bras oscillant est équipé d'un guide-fil en forme de « U » et que au moins l'un des éléments de guidage (9) ou (10) présente une forme profilée (13) dans la partie au droit du guide-fil (4), agencé de telle sorte que le fil (1) est positionné dans le guide-fil (4) en forme de « U » le long de son mouvement de va-et-vient, par un appui sur la forme profilée (13) au plus près dudit guide (4).
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