EP2341175B1 - Table d'aiguilletage circulaire d'une structure textile formée à partir d'une préforme fibreuse annulaire - Google Patents

Table d'aiguilletage circulaire d'une structure textile formée à partir d'une préforme fibreuse annulaire Download PDF

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EP2341175B1
EP2341175B1 EP10195879A EP10195879A EP2341175B1 EP 2341175 B1 EP2341175 B1 EP 2341175B1 EP 10195879 A EP10195879 A EP 10195879A EP 10195879 A EP10195879 A EP 10195879A EP 2341175 B1 EP2341175 B1 EP 2341175B1
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EP
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needling
stripper
platen
fiber preform
plate
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Vincent Delecroix
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Safran Landing Systems SAS
Original Assignee
Messier Bugatti Dowty SA
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H18/00—Needling machines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H18/00—Needling machines
    • D04H18/02—Needling machines with needles

Definitions

  • the present invention relates to the general field of circular needling tables for the production of needle-punched textile structures from an annular fiber preform.
  • a circular needling table generally comprises a horizontal annular plate on which is placed an annular fiber preform, drive means (usually frictional) in rotation of the fibrous preform around the axis of the plate, and a device needling head having a needling head extending over an angular sector of the plate and driven in relative vertical movement with respect to the plate.
  • drive means usually frictional
  • a device needling head having a needling head extending over an angular sector of the plate and driven in relative vertical movement with respect to the plate.
  • the main object of the present invention is thus to overcome such disadvantages by proposing a needling table which makes it possible to obtain a textile structure with perfectly sharp edges and to prevent the material from creeping.
  • a circular needling table of a textile structure formed from an annular fiber preform comprising a horizontal annular plate on which is intended to be arranged an annular fiber preform, drive means rotation of the fibrous preform around the axis of the plate, and a needling device having a needling head extending over an angular sector of the plate and animated by a relative vertical movement with respect to the plate, and comprising in addition, according to the invention, means for guiding the fiber preform under the needling head.
  • the needling table comprises guide members of the fibrous preform which are integral with a stripper plate interposed between the needling head and the plate.
  • the guide members may be formed by pins extending vertically from the stripper to the plate and positioned angularly so as to form an outer and inner guide of the fiber preform.
  • the plate then advantageously comprises holes located each facing one of the guide pins of the stripper.
  • the guide members may be formed by inner and outer walls extending vertically from the stripper to the tray.
  • the needling table comprises inner and outer vertical walls for guiding the fibrous web which are integral with the plate and which are positioned angularly so as to form an outer and inner guide of the fiber preform.
  • the needling table may further comprise a stripper plate interposed between the needling head and the plate, the outer guide wall of the fiber preform or the stripper then having vertical notches to allow the lowering of the stripper.
  • a circular needling table 10 according to a first embodiment of the invention is very schematically represented on the Figures 1 and 2 .
  • the invention is applicable to any circular needling process in which annular textile layers (or layers) are stacked and needled on a tray to form a needled fibrous preform of annular shape.
  • These layers may be previously formed by juxtaposed rings or ring sectors cut from a non-woven fabric or fabric of unidirectional or multidirectional fibers. They can also be formed by coils wound flat from a feeding device such as that described in the patent application.
  • WO 02/088449 or by turns formed to from deformed braids, or by turns formed from a deformable two-dimensional texture (braid or helical fabric).
  • the fibrous annular preform 12 to needling rests directly on a horizontal annular plate 14 of the needling table. It is rotated about a vertical axis 16 by a set of conical rollers 18a, 18b kept in permanent contact with the annular preform.
  • This assembly may comprise two conical rollers spaced 120 ° and each actuated by an independent geared motor 20a, 20b.
  • a common drive coupled with a suitable kinematics could also be considered.
  • the annular preform 12 thus rotated passes a needling device 22 comprising in particular a needling head 24 which overhangs a predetermined angular sector of the horizontal plate 14.
  • This needling head is driven in a reciprocating vertical movement relative to to the plate 14 by means of a suitable drive device 26 (for example of the crank-handle type).
  • the needling head 24 carries a specified number of needles 28 which are provided with barbs, hooks or forks to take fibers from the stacked layers of the annular preform and transfer them therethrough as they enter the preform .
  • the plate 14 of the needling table comprises a series of vertical perforations 30 located facing the needles 28 of the needling head for the passage thereof during the needling of the first layers of the preform annular. Furthermore, at each needling of a new layer, the plate of the needling table is moved vertically, by means of motor means 32 adequate, a determined pitch of descent corresponding to the thickness of a layer needled.
  • the needling device 22 also comprises a stripper plate 34 which is interposed between the needling head 22 and the plate 14.
  • This stripper has the function of ensuring a maintenance of the annular preform portion located under the needling head during the passage of the needles 28 therethrough.
  • the stripper 34 is able to be moved vertically with respect to the plate 14, by example by means of the drive device 26 of the needling head. This movement is synchronized with that of the needling head so that the stripper 34 is lowered and applied against the annular preform portion located under the needling head during the passage of the needles (case of the figure 4 ).
  • the stripper comprises a series of perforations 36 passing through it from one side to another and located opposite the needles 28 of the needling head for the passage thereof during the needling of the strata of the annular preform.
  • the stripper 34 comprises guide pins 38a, 38b extending vertically from its inner face to the plate 14 and angularly positioned to form an outer and inner guide of the annular preform.
  • the stripper 34 comprises for example four inner pins 38a defining an arc of a circle centered on the vertical axis 16 of the inner side and six outer pins 38b defining an arc of a circle centered on the axis 16 of the outer side.
  • These inner and outer pins delimit between them a path for the passage of the annular preform under the needling head.
  • the plate 14 comprises a series of holes 40 each located opposite one of the guide pins 38a, 38b of the stripper 34 for the passage thereof during the lowering of the stripper.
  • the guide pins 38a, 38b are made of metal and are welded to the stripper also metal.
  • the spacing between the inner pins and the outer pins is possible to adjust the spacing between the inner pins and the outer pins to adapt to the dimensions of the preform by changing stripper.
  • FIGS. 5A-5B , 6A-6B represent a second embodiment of these guide means.
  • the various referenced elements of the needling table are identical to those described in connection with the first embodiment.
  • the horizontal plate 14 of the needling table here comprises vertical guide walls of the annular preform which are positioned angularly so as to form an outer and inner guide of the preform.
  • the plate carries an outer horizontal plate 42a at the end of which is mounted an outer guide wall 44a which extends vertically from the outer plate to the needling head 24.
  • the plate also carries an inner horizontal plate 42b at the end of which is mounted an inner guide wall 44b which extends vertically from the inner plate to the needling head.
  • These walls 44a, 44b form an outer guide and an inner guide for the annular preform portion positioned under the needling head.
  • these guide walls are fixed relative to the horizontal plate 14.
  • the outer guide wall 44a may comprise vertical notches 46 to allow the passage of the edges of the plate forming the stripper ( Figures 5A-5B , 6A-6B ).
  • the edges of the plate forming the stripper may comprise such vertical notches 46 'to allow its lowering.
  • the figure 8 represents yet another variant embodiment of a circular needling table in which the vertical walls 44'a, 44'b for guiding the preform under the needling head 24 are integral with the stripper 34 (rather than the plate) these walls extend vertically from the plate forming the stripper to the plate 14 of the table. Furthermore, recesses 48 of complementary shape to these guide walls 44'a, 44'b are formed in the plate facing the walls to allow the lowering of the stripper.

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Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine général des tables d'aiguilletage circulaire pour la réalisation de structures textiles aiguilletées à partir d'une préforme fibreuse annulaire.
  • Il est connu d'utiliser une table d'aiguilletage de type circulaire pour la fabrication de structures textiles annulaires destinées à constituer le renfort fibreux de pièces annulaires en matériau composite, notamment des disques de frein, tels que des disques en matériau composite/carbone (C/C) pour des freins d'avion.
  • Une table d'aiguilletage circulaire comprend généralement un plateau annulaire horizontal sur lequel est posée une préforme fibreuse annulaire, des moyens d'entraînement (le plus souvent à friction) en rotation de la préforme fibreuse autour de l'axe du plateau, et un dispositif d'aiguilletage ayant une tête d'aiguilletage s'étendant sur un secteur angulaire du plateau et entraînée en mouvement vertical relatif par rapport au plateau. On pourra se référer au document WO 02/088451 qui décrit un exemple de réalisation d'une telle table d'aiguilletage.
  • Avec une telle table se pose le problème du positionnement de la première couche de préforme fibreuse sous la tête d'aiguilletage en raison de la mauvaise tenue de celle-ci. Il en est de même pour les couches suivantes qui ne s'alignent pas bien sous la tête d'aiguilletage de sorte que la structure textile obtenue présente généralement des bords qui ne sont pas parfaitement continus et nets. En outre, lorsqu'elle passe sous la tête d'aiguilletage, la matière a tendance s'écarter vers les bords (phénomène de fluage).
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une table d'aiguilletage qui permet d'obtenir une structure textile avec des bords parfaitement nets et d'éviter le fluage de la matière.
  • Ce but est atteint grâce à une table d'aiguilletage circulaire d'une structure textile formée à partir d'une préforme fibreuse annulaire, comprenant un plateau annulaire horizontal sur lequel est destiné à être disposée une préforme fibreuse annulaire, des moyens d'entraînement en rotation de la préforme fibreuse autour de l'axe du plateau, et un dispositif d'aiguilletage ayant une tête d'aiguilletage s'étendant sur un secteur angulaire du plateau et animée d'un mouvement vertical relatif par rapport au plateau, et comportant en outre, conformément à l'invention, des moyens pour guider la préforme fibreuse sous la tête d'aiguilletage.
  • La présence de moyens de guidage de la préforme fibreuse sous la tête d'aiguilletage permet d'assurer un parfait positionnement de la première couche sous celle-ci. De même, les couches suivantes de la préforme fibreuse s'empilent correctement les unes sur les autres. Il en résulte que la structure textile obtenue présente des bords francs et que tout phénomène de fluage de la matière peut être évité.
  • Selon un mode de réalisation, la table d'aiguilletage comprend des organes de guidage de la préforme fibreuse qui sont solidaires d'une plaque formant débourreur intercalée entre la tête d'aiguilletage et le plateau.
  • Dans ce mode de réalisation, les organes de guidage peuvent être formés par des picots s'étendant verticalement depuis le débourreur vers le plateau et positionnés angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme fibreuse. Le plateau comprend alors de façon avantageuse des perçages localisés chacun en regard de l'un des picots de guidage du débourreur. Alternativement, les organes de guidage peuvent être formés par des parois intérieure et extérieure s'étendant verticalement depuis le débourreur vers le plateau.
  • Selon un autre mode de réalisation, la table d'aiguilletage comprend des parois verticales intérieure et extérieure de guidage de la nappe fibreuse qui sont solidaires du plateau et qui sont positionnées angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme fibreuse.
  • Dans cet autre mode de réalisation, la table d'aiguilletage peut comprendre en outre une plaque formant débourreur intercalée entre la tête d'aiguilletage et le plateau, la paroi extérieure de guidage de la préforme fibreuse ou le débourreur ayant alors des encoches verticales pour permettre l'abaissement du débourreur.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
    • les figures 1 et 2 représentent schématiquement une table d'aiguilletage circulaire selon un mode de réalisation de l'invention en vue de côté et de dessus, respectivement ;
    • les figures 3 et 4 sont des vues en perspective du dispositif d'aiguilletage de la table des figures 1 et 2 dans deux positions différentes ;
    • les figures 5A et 5B représentent schématiquement une table d'aiguilletage circulaire selon un autre mode de réalisation de l'invention en vue de côté et en perspective, respectivement ;
    • les figures 6A et 6B sont des vues de la table d'aiguilletage des figures 5A et 5B dans une autre position, en vue de côté et en perspective, respectivement ; et
    • les figures 7 et 8 représentent d'autres variantes de réalisation d'une table d'aiguilletage circulaire selon l'invention.
    Description détaillée de modes de réalisation
  • Une table d'aiguilletage circulaire 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention est représentée de façon très schématique sur les figures 1 et 2.
  • L'invention s'applique à tout processus d'aiguilletage circulaire dans lequel des couches (ou strates) textiles annulaires sont empilées et aiguilletées sur un plateau pour former une préforme fibreuse aiguilletée de forme annulaire. Ces couches peuvent être formées préalablement par des anneaux ou des secteurs d'anneau juxtaposés découpés dans un tissu ou un matériau non tissé de fibres unidirectionnelles ou multidirectionnelles. Elles peuvent aussi être formées par des spires enroulées à plat à partir d'un dispositif d'alimentation tel que celui décrit dans la demande de brevet WO 02/088449 , ou par des spires formées à partir de tresses déformées, ou encore par des spires formées à partir d'une texture bidimensionnelle déformable (tresse ou tissu hélicoïdal).
  • La préforme annulaire 12 fibreuse à aiguilleter repose directement sur un plateau annulaire horizontal 14 de la table d'aiguilletage. Elle est entraînée en rotation autour d'un axe vertical 16 par un ensemble de rouleaux coniques 18a, 18b maintenus en contact permanents avec la préforme annulaire. Cet ensemble peut comprendre deux rouleaux coniques espacés de 120° et actionnés chacun par un groupe moto-réducteur indépendant 20a, 20b. Toutefois, une motorisation commune couplée à une cinématique adaptée pourrait être aussi envisagée.
  • La préforme annulaire 12 ainsi mise en rotation passe devant un dispositif d'aiguilletage 22 comprenant notamment une tête d'aiguilletage 24 qui surplombe un secteur angulaire prédéterminé du plateau horizontal 14. Cette tête d'aiguilletage est animée d'un mouvement alternatif vertical par rapport au plateau 14 au moyen d'un dispositif d'entraînement 26 adéquat (par exemple de type bielle-manivelle).
  • La tête d'aiguilletage 24 porte un nombre déterminé d'aiguilles 28 qui sont munies de barbes, crochets ou fourches pour prélever des fibres dans les couches empilées de la préforme annulaire et les transférer à travers celles-ci lorsqu'elles pénètrent dans la préforme. A cet effet, le plateau 14 de la table d'aiguilletage comporte une série de perforations verticales 30 localisées en regard des aiguilles 28 de la tête d'aiguilletage pour le passage de celles-ci lors de l'aiguilletage des premières couches de la préforme annulaire. Par ailleurs, à chaque aiguilletage d'une nouvelle strate, le plateau de la table d'aiguilletage est déplacé verticalement, par l'intermédiaire de moyens moteur 32 adéquats, d'un pas de descente déterminé correspondant à l'épaisseur d'une couche aiguilletée.
  • Par ailleurs, comme représenté de façon plus précise sur les figures 3 et 4, le dispositif d'aiguilletage 22 comprend également une plaque formant débourreur 34 qui est intercalée entre la tête d'aiguilletage 22 et le plateau 14.
  • Ce débourreur a pour fonction d'assurer un maintien de la portion de préforme annulaire située sous la tête d'aiguilletage lors du passage des aiguilles 28 au travers de celle-ci. A cet effet, le débourreur 34 est apte à être déplacé verticalement par rapport au plateau 14, par exemple au moyen du dispositif d'entraînement 26 de la tête d'aiguilletage. Ce mouvement est synchronisé avec celui de la tête d'aiguilletage pour que le débourreur 34 soit abaissé et appliqué contre la portion de préforme annulaire située sous la tête d'aiguilletage au cours du passage des aiguilles (cas de la figure 4). Par ailleurs, le débourreur comporte une série de perforations 36 le traversant de part en part et localisées en regard des aiguilles 28 de la tête d'aiguilletage pour le passage de celles-ci lors de l'aiguilletage des strates de la préforme annulaire.
  • Selon l'invention, il est également prévu des moyens pour guider la préforme annulaire 12 sous la tête d'aiguilletage 24.
  • Selon un premier mode de réalisation de ces moyens de guidage illustré sur les figures 1 à 4, le débourreur 34 comprend des picots de guidage 38a, 38b s'étendant verticalement depuis sa face interne vers le plateau 14 et positionnés angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme annulaire.
  • Comme représenté notamment sur la figure 3, le débourreur 34 comprend par exemple quatre picots intérieurs 38a définissant un arc de cercle centré sur l'axe vertical 16 du côté intérieur et six picots extérieurs 38b définissant un arc de cercle centré sur l'axe 16 du côté extérieur. Ces picots intérieurs et extérieurs délimitent entre eux un chemin pour le passage de la préforme annulaire sous la tête d'aiguilletage. Ainsi, lorsque le débourreur est abaissé et appliqué contre la préforme annulaire (figure 4), la préforme est parfaitement positionnée sous la tête d'aiguilletage avant l'application de celle-ci.
  • Par ailleurs, le plateau 14 comprend une série de perçages 40 localisés chacun en regard de l'un des picots de guidage 38a, 38b du débourreur 34 pour le passage de ceux-ci lors de l'abaissement du débourreur.
  • A titre d'exemple, les picots de guidage 38a, 38b sont réalisés en métal et sont soudés sur le débourreur également métallique. En fonction des dimensions de la préforme annulaire à aiguilleter, et en particulier de sa largeur, il est possible d'ajuster l'espacement entre les picots intérieurs et les picots extérieurs pour l'adapter aux dimensions de la préforme en changeant de débourreur.
  • Les figures 5A-5B, 6A-6B représentent un second mode de réalisation de ces moyens de guidage. Dans ce second mode de réalisation, les différents éléments référencés de la table d'aiguilletage sont identiques à ceux décrits en liaison avec le premier mode de réalisation.
  • Par ailleurs, le plateau horizontal 14 de la table d'aiguilletage comprend ici des parois verticales de guidage de la préforme annulaire qui sont positionnées angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme.
  • Plus précisément, le plateau porte une plaque horizontale extérieure 42a à l'extrémité de laquelle est montée une paroi de guidage extérieure 44a qui s'étend verticalement depuis la plaque extérieure vers la tête d'aiguilletage 24. Le plateau porte également une plaque horizontale intérieure 42b à l'extrémité de laquelle est montée une paroi de guidage intérieure 44b qui s'étend verticalement depuis la plaque intérieure vers la tête d'aiguilletage. Ces parois 44a, 44b forment un guidage extérieur et un guidage intérieur pour la portion de préforme annulaire positionnée sous la tête d'aiguilletage. Par ailleurs, ces parois de guidage sont fixes par rapport au plateau horizontal 14.
  • Pour permettre l'abaissement du débourreur, la paroi extérieure de guidage 44a peut comprendre des encoches verticales 46 pour permettre le passage des bords de la plaque formant le débourreur (figures 5A-5B, 6A-6B). Alternativement, dans une variante de réalisation illustrée par la figure 7, les bords de la plaque formant le débourreur peuvent comprendre de telles encoches verticales 46' pour permettre son abaissement.
  • La figure 8 représente encore une autre variante de réalisation d'une table d'aiguilletage circulaire dans laquelle les parois verticales 44'a, 44'b de guidage de la préforme sous la tête d'aiguilletage 24 sont solidaires du débourreur 34 (plutôt que du plateau) : ces parois s'étendent verticalement depuis la plaque formant le débourreur vers le plateau 14 de la table. Par ailleurs, des évidements 48 de forme complémentaire à ces parois de guidage 44'a, 44'b sont pratiqués dans le plateau en regard des parois pour permettre l'abaissement du débourreur.
  • Enfin, en fonction des dimensions de la préforme annulaire à aiguilleter, et en particulier de sa largeur, il est possible d'ajuster l'espacement entre la paroi extérieure et la paroi intérieure de guidage pour l'adapter aux dimensions de la préforme en changeant l'écartement entre les parois extérieure et intérieure et en modifiant les rayons de courbure des parois intérieure et extérieure.

Claims (7)

  1. Table d'aiguilletage circulaire (10) d'une structure textile formée à partir d'une préforme fibreuse annulaire, comprenant :
    un plateau annulaire horizontal (14) sur lequel est destiné à être disposée une préforme fibreuse annulaire (12) ;
    des moyens (18a, 18b, 18c) d'entraînement en rotation de la préforme fibreuse autour de l'axe (16) du plateau ; et
    un dispositif d'aiguilletage (22) ayant une tête d'aiguilletage (24) s'étendant sur un secteur angulaire du plateau et animée d'un mouvement vertical relatif par rapport au plateau ;
    caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (38a, 38b ; 44a, 44b) pour guider la préforme fibreuse sous la tête d'aiguilletage.
  2. Table selon la revendication 1, comprenant des organes de guidage (38a, 38b) de la préforme fibreuse qui sont solidaires d'une plaque (34) formant débourreur intercalée entre la tête d'aiguilletage (24) et le plateau (14).
  3. Table selon la revendication 2, dans laquelle les organes de guidage sont formés par des picots (38a, 38b) s'étendant verticalement depuis le débourreur vers le plateau et positionnés angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme fibreuse.
  4. Table selon la revendication 3, dans laquelle le plateau comprend des perçages (40) localisés chacun en regard de l'un des picots de guidage du débourreur.
  5. Table selon la revendication 2, dans laquelle les organes de guidage sont formés par des parois intérieure et extérieure (44'a, 44'b) s'étendant verticalement depuis le débourreur vers le plateau.
  6. Table selon la revendication 1, comprenant des parois verticales intérieure et extérieure (44a, 44b) de guidage de la nappe fibreuse qui sont solidaires du plateau (14) et qui sont positionnées angulairement de façon à former un guidage extérieur et intérieur de la préforme fibreuse.
  7. Table selon la revendication 6, comprenant en outre une plaque (34) formant débourreur intercalée entre la tête d'aiguilletage (24) et le plateau (12), la paroi extérieure de guidage (44a) de la préforme fibreuse ou le débourreur ayant des encoches verticales (46, 46') pour permettre l'abaissement du débourreur.
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