FR2471345A1 - Machine pour enrouler un fil sur un mandrin - Google Patents

Abstract

MACHINE POUR ENROULER UN FIL SUR UN MANDRIN. UN ELEMENT D'ENROULEMENT 5 TOURNE AUTOUR DE L'AXE DU MANDRIN 23 ET ENROULE SUR CELUI-CI LE FIL 25, QUI EST GUIDE JUSQU'AU MANDRIN EN FORMANT UNE BOUCLE DANS UN PLAN AXIAL. DES MOYENS D'INTRODUCTION 35, 37 D'UN ELEMENT DE LIAISON OU POSITIONNEMENT TEL QU'UN FIL 33 SONT PORTES PAR UN PROLONGEMENT 13 DU MANDRIN, A L'EXTERIEUR DE LA ZONE DE ROTATION DE L'ELEMENT D'ENROULEMENT MAIS A L'INTERIEUR DE LA ZONE DE ROTATION DE LA BOUCLE DU FIL. APPLICATION A LA FABRICATION DE SPIRALES POUR TUBES D'ECHANGEURS.

Description

La présente invention se rapporte à une machine de fabrication de dispositifs de transmission de chaleur, plus particulièrement des dispositifs dont les surfaces d'échange de chaleur ont été augmentées et sont réalisées par fixation d'enroulements de fils pré-formés sur les surfaces intérieures et/ou extérieures de tubes. Les enroulements de fils sont pré-formés à la conformation nécessaire par enroulement d'un fil sous forme d'une hélice continue autour d'un mandrin de section droite appropriée. La partie du processus dans lequel le fil est enroulé pour former des enroulements ayant la conformation désirée sera appelée dans la suite enroulement.

Les éléments importants intervenant dans le processus d'en roulement sont les suivants : une source d'alimentation en fil en quantité suffisamment grande, un moyen pour enrouler le fil autour d'un mandrin et un mandrin qui ne tourne pas.

Dans une machine conforme à l'invention, un autre élement consiste dans llintroduction dTun élément de liaison ou de positionnement à l'intérieur des enroulements de fil de manière que les enroulements puissent être positionnés cor rectement dans ou sur le dispositif de transmission de chaleur.

I1 existe un certain nombre de problèmes à résoudre pour la conception d'une machine d'enroulement de ce type qui soit satisfaisante. Les réalisations connues comportent certaines des caractéristiques souhaitables, mais non toutes.

Ces caractéristiques sont a - réduction au minimum des contraintes par diminution de ltinertie de rotation, de la force centrifuge et des balourds, et réduction de l'importance des éléments de machine qui s'étendent axialement mais sont décalés radialement par rapport à l'axe dtenroulement; k - alimentation du fil à enrouler dans des limites acceptables de tension; c - introduction d'un élément de liaison ou de positionnement à l'intérieur des enroulements de fil; d - simplicité maximale de construction; e - bonne accessibilité pour renouveler la source dValimen tation en fil à enrouler et 11 élément de liaison ou de positionnement.

Dans le brevet GB 282 244, on décrit une machine relativement simple mais dans laquelle la mise en tension du fil à enrouler est imprécise et où son remplacement est difficile. I1 existe certaines autres machines où la bobine de fil à enrouler doit tourner d'un bloc autour du mandrin, ce qui augmente les contraintes, l'inertie de rotation etc.

Dans le brevet GB 314 843, on décrit une machine d'enroulement qui possède certaines des caractéristiques souhaitables men- tionnées ci-dessus mais qui est compliquée et a une inertie de rotation comparativement grande. Dans le brevet GB 1 011 699, on ne prévoit pas d'élément de positionnement.

Dans le brevet GB 1 344 506 > on décrit une machine d'enrouler ment utilisable dans un but différent et qui comporte des parties s'étendant axialement qui sont décalées radialement par rapport à l'axe d T enroulement. En outre, il manque à la machine beaucoup des caractéristiques souhaitables et en plus elle exige de-s paliers de grandes dimensions.

L'invention se rapporte à un type de machine d'en- roulement comprenant un dispositif pour entrarner le fil essentiellement le long d'un axe de rotation un élément d'enroulement unique qui peut tourner autour de l'axe de rotation et qui comporte un ou plusieurs moyens de guidage servant à entraîner le fil sous la forme d'une boucle radiale, la boucle sTétendant essentiellement depuis l'axe de rotation jusqutaux moyens de guidage d'un seul côte de 1V axe et tournant autour de 1V axe quand ltélément d'enroulement est en traSné en rotation, des moyens de retenue pour empêcher la rotation du mandrin et des moyens pour introduire un élément de liaison ou de positionnement longitudinalement dans le mandrin, cet élément de liaison ou de positionnement étant prévu pour lier ou positionner des spires du fil qui sont enroulées sur le mandrin et qui sont ensuite enlevées de celui-ci. Un exemple de ce type de machine d'enroulement est revendiqué dans le brevet GB 1 344 506.

LV invention fournit un perfectionnement de ce type général de machine d'enroulement qui consiste en ce que le dispositif d'alimentation en élément de liaison ou de posi tionnement est placé sur un prolongement du mandrin, à lVexté rieur de la zone de rotation de l'élément d'enroulement mais à l'intérieur de la zone de rotation de la boucle radiale.

En plus de l'amélioration de l'accessibilité de ltélément de liaison ou de positionnement, cette disposition permet de concevoir l'élément dtenroulement de façon plus compacte.

Par exemple, ses paliers peuvent avoir un plus petit diamètre que certaines réalisations connues du fait que le dispositif d'alimentation en élément de liaison ou de positionnement est placé en dehors de la zone de rotation de cet élément d' enroulement.

De préférenceil'élément d'enroulement est réalisé sous la forme d'une unité séparee du moyen d'alimentation en fil. En conséquence, sa position par rapport à ce moyen d'alimentation en fil peut être choisie en fonction des impératifs de conception qui concernent 1V introduction dVun élément de liaison ou de positionnement le long de l'axe de rotation et, habituellement, à 1V intérieur des enroulements qui sont formés sur le mandrin. Le moyen d'introduction du fil est de préférence fixe et il est par exemple constitué par un guide fixe en forme de manchon qui comporte une extrémité de sortie conique ou évasée destinée à faciliter le passage du fil quand la boucle tourne autour de l'axe de rotation.Un moyen dtentraSnementX de préférence non tournant et séparé de L'élément d'enroulement, simplifie la conception de la machine.

Les moyens de retenue servant à empêcher la rotation du mandrin peuvent comprendre des engrenages, des moyens magnétiques (ce qui inclut des moyens électromagnétiques), des moyens de gravitation sollicités excentriquement ou des moyens d'accrochage synchrones. Des moyens magnétiques produisent un champ magnétique qui agit dans un intervalle au travers duquel passe le fil au cours de la rotation de l'élément d'enroulement, le champ créant une force de retenue.

Ce champ est produit de façon appropriée par au moins deux pôles électromagnétiques qui peuvent Entre placés d'-un même côté de ltintervalle, une armature étant placée sur l'autre côté de l'intervalle. Des moyens dVaccrocage synchrone comprennent de préférence un élément de châssis fixe, des moyens Teflliquetage montés sur l'élément de châssis fixe, un moyen d'engagement des moyens dTencliquetage, ce moyen d'engagement étant solidaire du mandrin, et un moyen pour assurer la synchronisation des moyens dTencliquetage avec le moyen d T en- roulement en vue de permettre un passage non entravé du fil quand le moyen dTenroulement est entraîné en rotation.Le moyen d'encliquetage peut être entraîné en rotation par le moyen de synchronisation; par exemple, deux des éléments 'encliquetage sont fixés sur un arbre qui est entraîné en rotation par le moyen de synchronisation. Le moyen d'encliquetage doit comporter au moins un temps de dégagement à chaque rotation de arbre.

De préférence, le fil (qui peut entre constitué par un fil métallique ou similaire qui est dévidé d'une bobine ou dTun conteneur) est guidé suivant une ligne essentiellement droite entre le moyen d'alimentation en fil et l'élément d'enroulement. Cela évite de prévoir des structures intermédiaires d'entraenement en rotation et de support et on obtient une réduction des contraintes correspondantes produites par rotation.

LTélément de positionnement ou de liaison peut être un fil déroulé d'une bobine montée sur le prolongement de mandrin. En variante, quand le prolongement de mandrin est creux, cet élément peut être constitué par une pièce plus rigide, telle quTune barre, qui est engagée dans le prolongement de mandrin.Dans le cas d'une longue barre, le prolongement est/supporte dans des paliers placés dans un ou plusieurs organes fixes qui sont disposés entre les éléments d'enrouler ment et le moyen dTalimentation en fils 'cependant, le prolongement de mandrin peut être supporté en porte-à-faux (à partir du mandrin), le seul impératif étant que ce prolongement a t une rigidité suffisante pour empêcher une flexion indésirable pendant ltengagement de ITélément de positionnement ou de liaison.

L'élément d'enroulement peut comporter un guide qui assure le guidage du fil d'abord à proximité de 1V axe de rotation et un guide placé radialement de façon à guider une boucle du filfen s7acartant de llaxe de rotation puis en direction de celui-ci. Les guides de fil peuvent être constitués par des galets montés sur deCpivots, ou bien des coulis seaux qui ne sont pas entraînés en rotation par le passage du fil.

Les enroulements de fil formés sur le mandrin peu vent être enlevés par des moyens connus9 tels que ceux revendiqués par exemple dans les brevets GB 282244, 1011699 et 1344506.

D'autres avantages et caractéristiques de ltinven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
Fig. 1 est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un élément d'enroulement unique d'un mode de réalisation de la présente invention où il est prévu un moyen de retenue qui peut opérer par gravité ou par magnétisme, un moyen séparé d'alimentation en fil et une source d'éléments de liaison ou de positionnement qui est placée à l'extérieur de la zone de rotation de ltélément d'enroulement;;
Fig. 2 est une vue en élévation, en coupe, d un élément d'enroulement conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et où une barre de positionnement est introduite dans le mandrin en vue d'assurer le positionnement des spires de fil;
Fig. 3 est une vue en élévation, principalement en coupe, dVune partie d'une machine drenroulement semblable au mode de réalisation de la Fig. 1 et montrant un dispositif à engrenages servant à empêcher la rotation du mandrin.

Sur la fig. 1, on a représenté une machine d'enroulement qui comprend un élément d'enroulement unique, dont le corps est en forme de bobine et qui porte deux guides avant 65 et 67 et deux guides arrière 69 et 71. Lu élément d'enroulé lement 5 est monté dans des paliers 77, 79 de manière à tourner autour de l'axe d'enroulement 11. Les paliers 77 et 79 sont portés par un carter fixe 81 monté sur un support 93.

Un support de bobine 13 est empêché de tourner par rapport au carter 81 (par des moyens qui seront décrits dans la suite) et il est supporté par des paliers 73 et 75 placés dans ltélément creux 5. De préférence, les paliers 73, 75, 77 et 79 sont coaxiaux. L'élément d'enroulement 5 est entraîné en ro tation par l'intermédiaire d'une poulie crantée 83, fixée sur cet élément 5 par des moyens non représentés et bien connus. Un fil de liaison 33 est dévidé d'une bobine 35 qui est montée sur un prolongeent du support 13 et qui est placée en porte-à-faux vers l'arrière au-delà des paliers porteurs 73 et 75. A son extrémité avant, le support 13 porte un mandrin 23 sur lequel des spires sont formées à partir d'un fil 25.Le fil 25 pénètre dans un moyen dTalimen- tation non tournant 87, qui se présente sous la forme dTun guide tubulaire placé à l arrière du support 13. Le fil 25, quand il s1 approche du guide 87, est situé de préférence, mais non obligatoirement, à proximité de 1V axe ll Le fil 25 sortant du guide 87 passe sur un guide 85 monté à rotation ou autrement sur 1V arrière du support 13puis il passe dans un intervalle incurvé 143 existant entre des éléments 140 et 141 et dans lequel le fil 25 peut passer sans entrave.Les bords circulaires des éléments 140 et 141 sont chanfreinés de façon que 11 intervalle 143 soit incliné circonférentiellement pour s'adapter au cône de rotation du fil 25. Ce dernier passe ensuite successivement sur les guides 69, 71, 67 et 65 qui sont montés à rotation sur ltélément d'enroulement 5, et va s 1enrouler sur le mandrin 23. Le guide 85 n1 est pas essentiel mais il permet cependant de. déplacer le moyen d'alimentation 87 plus en avant, réduisant ainsi la longueur axiale de la machine d'enroulement tout en maintenant simultanément le fil 25 écarté des supports 13 et 35, ce qui est essentiel. Le guide 87 est fixé sur un support 91, les supports 91 et 93 étant montés sur une plaque de base 95. Les fils 25 et 33 peuvent être tendus par des moyens connus (non représentés) mais par exemple conformes à ceux decrits dans les brevets
GB 314 843 et 1 011 699). Le fil 33 est entraîné dans un conduit 37 situé suivant 1V axe 11 puis tombe à 11 intérieur des spires de fil 25 à mesure que celles-ci sont éjectées du mandrin 23. Les spires sont éjectées du mandrin 23 par des moyens connus (non représentés mais conformes par exemple à ceux décrits dans le brevet GB 282 244).

Pour empêcher la rotation continue du mandrin 23 et du support 13, on peut utiliser un moyen de retenue opérant par gravité. L'élément 141, fixé sur le support 13, est chargé ezeeScriquementv comme décrit dans le brevet GB 1 344 506, de manière que, lorsque le mandrin 23 est déplacé à partir d'une position moyenne par le couple d'enroulement, un couple de rappel s'exerce en vue d'empêcher une rotation continue dudit mandrin. L'élément 141 est conçu pour permettre un passage non entravé du rfl 25. Lorsqu'on utilise ce moyen de retenue par gravité, 11élément 14Q nVest pas néces- saire.

On peut utiliser d'autres moyens de retenue, par exemple des dispositifs magnétiques ou électromagnétiques, mettant en oeuvre un champ magnétique dans 1'intervalle 143 de façon que, si lsélément 141 est entraîné en rotation par rapport à L'élément 140, la déformation du champ magnétique crée un couple de rappel. Ce principe bien connu est appliqué par exemple dans la conception de moteurs éléctriques. Des organes dtencliquetage mécanique de conception tournante ou oscillante peuvent également agir dans lTinter- valle de telle sorte qu'au moins un organe d'encliquetage soit engagé en position à un moment donné mais que les organes d'encliquetage soient écartés pour permettre un passage sans entrave du fil 25 dans l'intervalle 143.

On peut utiliser encore d'autres moyens de retenue de conceptions connues.

La machine d'enroulement qui a été décrite cidessus peut être utilisée avec des procédés et dispositifs connus additionnels pour la fabrication de tubes de transmission de chaleur de types connus dans lesquels la surface inférieure et/ou la surface extérieure du tube peut être augmentée par des enroulements de fil.

En se référant maintenant au mode de réalisation de la fig. 2, on voit que des modifications de conception ont été apportées pour permettre d'utiliser un élément de liaison ou de positionnement qui soit plus rigide. Dans cet exemple, une barre 97, qui est massive ou tubulaire, est introduite par un dispositif tubulaire 99 (qui remplace la bobine 35 du mode de réalisation précédent). On va maintenant décrire les autres modifications de conception. La collerette qui était prévue en arrière de ltélément d'enroulé lement 5 a été remplacée par un prolongement axial 101 qui est supporté à intervalles appropriés par des paliers 103, 105, etc., qui sont montés dans des carters 107, 109 et qui sont fixés par l'intermédiaire de supports 111, 113, sur une plaque de base 115.L'élément porteur 117 porte un prolongement non tournant 99 qui est supporté aux endroits nécessaires par des paliers 119, 121, montés dans le prolongement 101. Les paliers 119 et 121 n'ont pas besoin dVêtre placés à proximité des éléments 111, 113, comme indiqué. Si la barre 97 est suffisamment courte, il peut ne pas être nécessaire de supporter le prolongement lOlset les paliers 103, 105, avec les organes associés, peuvent être supprimés.

Même si, pour des raisons semblables, ltélément 99 nVa pas besoin d'être supporté par le prolongement 101 par l'intermé- dia ire des paliers 121, ce prolongement 101 peut être nécessaire pour supporter un guide 123 qui maintient le fil 25 écarté de la barre 97 et du prolongement non tournant 99.

Si la barre 97 est suffisamment courte, on peut adopter le mode de réalisation indiqué sur la fig. 1. I1 suffit de lui apporter seulement de petites modifications, par exemple d'enlever la bobine 35 et les parties associées afin que la barre 97 puisse être engagée dans le conduit 37. Le prolongement 101 et le prolongement 99 peuvent comporter des ouvertures utilisables pour une inspection ou dans d'autres buts, par exemple pour ajouter de nouvelles longueurs de barre 97 à celle se trouvant déjà dans la machine. On peut prévoir des dispositifs de contrôle appropriés pour détecter le moment où une telle adjonction doit être effectuée et,
Si nécessaire, cette opération peut être effectuée automatiquement.Le fil 25 pénètre dans la tête d'enroulement par I'interédiaire de moyens d'introduction comprenant un guide 125, il passe sur un guide 123, qui n a pas besoin d'être monté à pivotement, comme indiqué dans le présent mode de réalistation, à condition que le frottement puisse être maintenu suffisamment faible, puis il traverse les paliers 121 (lors qu'ils sont prévus).la machine peut être prolongée sur une grande longueur Si nécessaire, et, pour ces raison, le prolongement 101, le guide 125, la barre 97 et le prolongement 99 ont été représentés en vue arrachée.Il peut être nécessaire de faire intervenir des moyens élastiques, en utilisant des techniques connues, pour réduire la longueur du fil 25 qui est soumise à des variations de vitesse lorsqutil est enroulé sur un mandrin de section droite non circulaire.Ces moyens peuvent être constitués par des guides 127, 129 montés élastiquement. Pour améliorer la souplesse d'utilisation de la machine dFenroulement, on peut prévoir des accouplements entre les éléments 99 et 117 et entre les éléments 101 et 5, ces accouplements étant de préférence aisément démontables et flexibles pour permettre d'accepter un défaut d'alignement tout en réduisant les charges exercées sur les paliers et d'autres contraintes qui pourraient résulter d'un tel défaut dralignement.

Pour empocher une rotation continue du mandrin 23 et des prolongements 117 et 99, il est prévu un moyen de retenue par gravité qui est constitué par un élément 171 fixé sur une partie appropriée des éléments 117 et 23. L'élément 171 joue le même rôle que 1'élément 141 du mode de réalisation de la fig. 1. Si on utilise un moyen de retenue magnétique à la place de celui décrit ci-dessus, il faut prévoir un autre élément 170 qui est fixé sur la plaque de base 115, le fil 25 devant passer sans entrave dans l'intervalle 173 entre ces deux éléments.

La fig. 3 est une vue arrachée d T une partie du mode de réalisation de la fig. 1 et elle met en évidence un moyen de retenue à engrenages pour le mandrin 23. Ce moyen de retenue comprend un pignon denté 145 qui est fixé sur le prolongement de mandrin 13, un pignon denté 146 qui est fixé sur le carter 81, un pignon denté 147 qui est en prise avec le pignon 145 et un pignon denté 148 qui est en prise avec le pignon 146. Les pignons 147 et 148 sont montés de façon à tourner à l'unisson sur un arbre 149 qui est lui-même monté à rotation dans un palier 150 solidaire de ltélément d'enroulé lement 5. Le rapport de transmission entre les pignons 145 et 147 est le même que le rapport entre les pignons 146 et 148 de sorte que, quelle que soit la vitesse, les pignons 147 et 14 > tournent autour de la périphérie des pignons 145 et 146 du fait de la rotation de l'élément d'enroulement 5 alors que ces pignons 145 et 146 restent stationnaires l'un par rapport à autre. Le fil 25 passant entre les guides 69 et 71 se déplace sans entrave dans un intervalle 151 existant entre les pignons 145 et 146. Cela est rendu possible par le fait que les axes des guides 59, 71 et de l'arbre 149 sont tous fixes dans l'élément d'enroulement 5.

Claims (13)

REVENICATI0NS

1. Machine destinée à ltenroulement d'un fil (25) sur un mandrin (23), cette machine comprenant un moyen d'introduction (87,125) du fil le long d'un axe de rotation (11), un élément d'enroulement unique (5) qui peut tourner autour dudit axe de rotation, cet élément d'enroulement comportant un ou plusieurs moyens de guidage (69,129) servant à entraîner le fil sous la forme d'une boucle radiale" ladite boucle s'étendant essentiellement depuis l'axe de rotation jusqu'aux dits moyens de guidage d'un seul côté dudit axe et tournant autour dudit axe lorsque l'élément d'enroulement (6) est entraîné en rotation, des moyens de retenue (141,171) pour empêcher une rotation du mandrin, et des moyens (35,99) pour introduire un élément de saison ou de positionnement (33,97) longitudinalement par rapport au mandrin, ledit élément de liaison ou de positionnement étant prévu pour lier ou positionner les spires de fil qui sont enroulées sur le mandrin et ultérieurement éjectées de celui-ci, machine caractérisée en ce que lesdits moyens (35,99) dtintroduction de l'élément de liaison ou de positionnement (33) sont montés sur un prolongement (13,117) du mandrin (23) à l'extérieur de la zone de rotation dudit élément d'enroulement (5) mais à l'intérieur de la zone de rotation de ladite boucle radiale

2.Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen (87,125) d'introduction du fil (25) est non tournant.

3. Machine scion lVune des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit élément drenroulement (5) est constitué par une unité séparée dudit moyen dtintroduction de fil (87,125).

4. Machine selon lVune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit moyen de retenu? s'opposant à la rotation du mandrin engendre un champ magnétique qui agit dans un intervalle (143,173) au travers duquel ledit fil (25) passe pendant la rotation de l'élément d'enroulement (5), ledit champ engendrant une force de retenue.

5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit champ est engendré par au moins deux pales électromagnétiques.

6. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit champ est engendré par ladite paire de pôles électromagnétiques qui sont placés dVun même côté dudit intervalle (143) et en ce outil est prévu une armature placée de l'autre côté dudit intervalle.

7. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit moyen de retenue s'opposant à la rotation du mandrin comprend un élément de châssis fixe, des moyens d'encliquetage montés sur ledit élément de chassis fixe, un moyen d'engagement desdits moyens d'encliquetage, ledit moyen d'engagement étant fixé sur le mandrin et lesdits moyens d'encliquetage s'écartant au moins une fois par tour dudit moyen d'enroulement, et un moyen pour synchroniser le fonctionnement des moyens d'encliquetage avec le moyen aten- roulement pour permettre un passage non entravé dudit fil lorsque ledit moyen d'enroulement est entraîné en rotation.

8. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens d'encliquetage sont entraînés en rotation par ledit moyen de synchronisation.

9. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que deux desdits moyens d'encliquetage sont fixés sur un arbre qui est entravé en rotation par ledit moyen de synchronisation

10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit fil est guidé suivant une ligne essentiellement droite (fig.l) entre ledit moyen dtintroduction du fil (87) et ledit élément d'enrouler ment (5).

11. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit prolongement (13, 101) supporte un organe (85,123) sur lequel ledit fil est guidé.

12. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément d'enroulement (5) comprend des moyens de guidage (67,71,127) servant à guider le fil à proximité de l'axe de rotation et un guide (65,129) placé radialement de manière à guider une boucle du fil (25) d'abord dans un sens ltéloignant de l'axe de rotation puis dans un sens le rapprochant dudit axe

13. Machine selon la revendication 12,caractérisée en ce que l'élément d'enroulement (5) comprend un prolongement radial (101) qui entoure le prolongement de mandrin (99) concentriquement à celui-ci, ledit prolongement d'élément d'enroulement contenant des paliers (121) dans lesquels ledit prolonement de mandrin est supporté à rotation.