FR2732925A1 - Continuous prodn. of composite pipes - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif destiné à la fabrication d'objets par bobinage sur un mandrin de forme spécifique, d'une manière continue ou pratiquement continue. The present invention relates to a device for manufacturing objects by winding on a mandrel of specific shape, in a continuous or almost continuous manner.
Les objets fabriqués peuvent être de préférence des tubes de section circulaires ou non, des éléments allongés en forme d'hélice pouvant servir à constituer des armures de renfort pour des flexibles de transpon d'hydrocarbures. The manufactured objects can preferably be tubes of circular or non-circular section, elongated elements in the form of a helix which can be used to constitute reinforcements of reinforcement for flexible hoses for transponing hydrocarbons.
Le présent domaine technique concerne notamment les produits tubulaires ou des éléments allongés cintrés en matériaux composites comportant des fibres de renfort (par exemple en verre, carbone ou aramide) enrobées par de la résine réticulable, fabriqués sur un mandrin. The present technical field relates in particular to tubular products or elongated elements bent in composite materials comprising reinforcing fibers (for example glass, carbon or aramid) coated with crosslinkable resin, produced on a mandrel.
On connaît des tentatives pour réaliser en continu des tubes en composite verre-résine. Les machines connues comprennent au moins trois parties principales:
- une section d'alimentation où l'on dispose les produits sur un mandrin: fibres de verre sous forme de mats, de tissus, de mèches enrobés de résine,
- une section de cuisson où les produits ponés par le mandrin sont passés dans un four,
- une section de refroidissement et de conditionnement où le tube n'est plus porté par le mandrin mais extérieurement par exemple par des galets ou des pneus, et où le tube fabriqué en continu est coupé à la longueur désirée.Attempts are known to continuously produce glass-resin composite tubes. Known machines include at least three main parts:
- a feeding section where the products are placed on a mandrel: glass fibers in the form of mats, fabrics, wicks coated with resin,
- a cooking section where the products ground by the mandrel are passed through an oven,
- A cooling and conditioning section where the tube is no longer carried by the mandrel but externally for example by rollers or tires, and where the continuously manufactured tube is cut to the desired length.
On peut citer la machine de marque HECKLY développée par la société ADCLO, consistant à bobiner des bandes de tissus de verre préimprégnés sur un noyau constitué d'un tube de polyamide fabriqué par collage longitudinal d'une bande. Ce tube, qui constitue le support, est maintenu à la forme cylindrique par une légère surpression interne. Mais des problèmes de fuite d'air au niveau du collage provoquent des discontinuités de la paroi en composite rendant le produit fabriqué inutilisable. We can cite the HECKLY brand machine developed by the company ADCLO, consisting of winding strips of prepreg glass fabrics on a core made of a polyamide tube produced by longitudinal bonding of a strip. This tube, which constitutes the support, is maintained in the cylindrical shape by a slight internal overpressure. However, problems with air leakage at the bonding level cause discontinuities in the composite wall, making the manufactured product unusable.
Un autre procédé consiste à enrouler des bandes de tissus et des fils de verre préalablement imprégnés sur un mandrin tournant sur lequel est bobiné hélicoidalement, en sous-couche, une bande de film polyester avec un léger recouvrement, une soudure par ultrasons de ce recouvrement assurant l'étanchéité. Entre le mandrin et le support polyester, on injecte de l'air sous légère pression pour faciliter le glissement longitudinal du film sur le mandrin et du produit en composite formé sur le support Mais tout défaut au niveau de la soudure, ou perçage même microscopique dans la bande polyester, entraîne une fuite d'air qui se traduit par un bullage dans la paroi du produit composite fabriqué. Another method consists in winding strips of fabric and previously impregnated glass threads on a rotating mandrel on which is helically wound, in an undercoat, a strip of polyester film with a slight covering, ultrasonic welding of this covering ensuring sealing. Between the mandrel and the polyester support, air is injected under slight pressure to facilitate the longitudinal sliding of the film on the mandrel and of the composite product formed on the support. But any defect in the weld, or even microscopic drilling in the polyester strip, causes an air leak which results in bubbling in the wall of the composite product produced.
Un autre procédé de fabrication en continu de tube de fort diamètre est un procédé développé par la société VERA FABRICK (Norvège). Il consiste à utiliser une bande d'acier enroulée hélicoldalement sur un mandrin comme support pour les tissus et roving imprégnés de résine durant leur mise en place et leur passage dans le four de cuisson. La bande d'acier est récupérée à l'extrémité du mandrin pour être recyclée par l'intérieur du mandrin vers l'extrémité de bobinage. Pour cela, la bande doit avoir une épaisseur suffisante pour ne pas "flamber" sous l'effet de l'effort longitudinal de poussée qui est appliqué à la bande pour obtenir son déplacement longitudinal ainsi que celui du produit.Cette épaisseur de quelques millimètres fait que la souplesse en flexion de la bande est limitée, rendant le dispositif de recyclage encombrant et limitant l'application du procédé à des tubes de fort diamètre, notamment supérieur au mètre. Ce procédé est utilisé, en particulier, pour la fabrication de tuyaux d'égouts de 1 à 3 mètres de diamètre. Another process for the continuous production of large diameter tubes is a process developed by the company VERA FABRICK (Norway). It consists of using a steel strip wound helically on a mandrel as a support for fabrics and roving impregnated with resin during their installation and their passage through the baking oven. The steel strip is collected at the end of the mandrel to be recycled from the inside of the mandrel to the winding end. For this, the strip must have a sufficient thickness not to "buckle" under the effect of the longitudinal thrust force which is applied to the strip to obtain its longitudinal displacement as well as that of the product. This thickness of a few millimeters makes that the flexibility in bending of the strip is limited, making the recycling device bulky and limiting the application of the method to tubes of large diameter, in particular greater than one meter. This process is used, in particular, for the manufacture of sewer pipes from 1 to 3 meters in diameter.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif pour la fabrication d'élément en composite comportant des fibres de renfort enrobées de résine, ledit élément étant bobiné sur un mandrin entraîné en rotation autour d'un axe. Les fibres peuvent être sous forme de tissus ou de nappes. Dans le dispositif, au moins une portion de la surface extérieure du mandrin, comprise entre deux génératrices du mandrin, est mobile selon une direction parallèle à l'axe de rotation de façon à déplacer en translation ledit élément sur le mandrin. Thus, the present invention relates to a device for manufacturing a composite element comprising reinforcing fibers coated with resin, said element being wound on a mandrel driven in rotation about an axis. The fibers can be in the form of fabrics or sheets. In the device, at least a portion of the external surface of the mandrel, lying between two generatrixes of the mandrel, is movable in a direction parallel to the axis of rotation so as to move in translation said element on the mandrel.
La portion mobile peut être constituée par une bande disposée parallèlement à une génératrice du mandrin. The movable portion can be constituted by a strip arranged parallel to a generator of the mandrel.
La surface extérieure du mandrin peut être constituée par une pluralité de bandes disposées sensiblement côte à côte et leurs déplacements longitudinaux peuvent être identiques. The external surface of the mandrel can be constituted by a plurality of bands arranged substantially side by side and their longitudinal displacements can be identical.
Les bandes peuvent être continues et passer d'une extrémité à l'autre du mandrin par l'intérieur dudit mandrin. The strips can be continuous and pass from one end to the other of the mandrel through the interior of said mandrel.
Deux bandes consécutives relativement à la section du mandrin, peuvent avoir leurs extrémités dans des sections différentes. Par extrémités, il faut ici comprendre les zones où la bande change de direction pour prendre le sens du retour par l'intérieur du mandrin. Two consecutive bands relative to the section of the mandrel, may have their ends in different sections. By ends, it is necessary here to understand the zones where the strip changes direction to take the direction of return from the inside of the mandrel.
Les bandes peuvent être entraînées en translation par des moyens mécaniques comprenant au moins un moteur électrique et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. The bands can be driven in translation by mechanical means comprising at least one electric motor and means for adjusting the translational movement as a function of the rotational movement of the mandrel.
Les bandes peuvent être entraînées en translation par des moyens mécaniques comprenant au moins une liaison cinématique avec la rotation du mandrin et des moyens de réglage du déplacement de translation en fonction du déplacement en rotation du mandrin. The bands can be driven in translation by mechanical means comprising at least one kinematic connection with the rotation of the mandrel and means for adjusting the translational movement as a function of the rotational movement of the mandrel.
Le déplacement longitudinal de la surface extérieure du mandrin peut être proportionnel au déplacement en rotation du mandrin. Dans le cas où l'élément en composite est un élément allongé fabriqué en hélice sur le mandrin, le déplacement longitudinal du mandrin peut correspondre à la longueur du pas de l'hélice pour un tour de rotation du mandrin. The longitudinal displacement of the outer surface of the mandrel can be proportional to the rotational displacement of the mandrel. In the case where the composite element is an elongated element produced in a helix on the mandrel, the longitudinal displacement of the mandrel can correspond to the length of the pitch of the propeller for one rotation of rotation of the mandrel.
Le mandrin peut comporter une zone de bobinage de l'élément et une zone de réticulation de la résine de l'élément, éventuellement une zone de refroidissement. The mandrel may include a zone for winding the element and a zone for crosslinking the resin of the element, possibly a cooling zone.
L'invention peut être appliquée à la fabrication en continu d'un élément allongé cintré en hélice sur ledit mandrin, ledit élément comportant un profilé de section U, lequel est rempli par bobinage de fibres de renfort enrobées de résine réticulable. The invention can be applied to the continuous manufacture of an elongated element bent in a helix on said mandrel, said element comprising a profile of section U, which is filled by winding reinforcing fibers coated with crosslinkable resin.
L'invention peut être appliquée à la fabrication en continu d'un élément tubulaire, cylindrique ou non. The invention can be applied to the continuous manufacture of a tubular element, cylindrical or not.
L'invention peut aussi être utilisée dans le procédé décrit par le document
FR-A-2710870 qui concerne la fabrication en série de pièces dont les moules sont disposés en hélice sur un support en forme de mandrin.The invention can also be used in the process described by the document
FR-A-2710870 which relates to the mass production of parts whose molds are arranged helically on a support in the form of a mandrel.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la lecture des exemples qui suivent, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- La figure 1 montre un schéma de principe d'une installation comportant le dispositif selon l'invention.The invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the examples which follow, which are in no way limitative, illustrated by the appended figures, among which:
- Figure 1 shows a block diagram of an installation comprising the device according to the invention.
- Les figures 2A, 2B et 2C illustrent les différents principes de réalisation de la présente invention. - Figures 2A, 2B and 2C illustrate the various principles of embodiment of the present invention.
- Les figures 3A et 3B illustrent une réalisation desdites bandes à partir de chaînes et de patins. - Figures 3A and 3B illustrate an embodiment of said strips from chains and pads.
La figure 1 montre un dispositif 1 comportant un mandrin 2 et un support de mandrin 3. Une motorisation 4 entraîne en rotation le mandrin autour de l'axe 15. Le mandrin comporte au moins trois zones référencées 5, 6 et 7. La zone 5 correspond à la zone de bobinage du produit 10 sur le mandrin 2. Dans cet exemple, le produit 10 est constitué par un profilé 11 qui sert de moule aux nappes 12 de fibres enrobées de résine par des moyens situés en amont et non représentés ici. Le profilé l l est enroulé en hélice sur le mandrin tout en étant rempli par les fibres de renfort. La zone 6 correspond à la zone de réticulation de la résine. La référence 8 désigne un four, ou un ensemble de fours, dont la fonction est d'élever la température de la résine pour la réticuler. La zone 7 peut correspondre à un refroidissement du produit avant son stockage final. La référence 9 peut par exemple désigner des moyens de ventilation. FIG. 1 shows a device 1 comprising a mandrel 2 and a mandrel support 3. A motorization 4 rotates the mandrel around the axis 15. The mandrel comprises at least three zones referenced 5, 6 and 7. Zone 5 corresponds to the zone of winding of the product 10 on the mandrel 2. In this example, the product 10 is constituted by a profile 11 which serves as a mold for the sheets 12 of fibers coated with resin by means situated upstream and not shown here. The profile l is wound helically on the mandrel while being filled with reinforcing fibers. Zone 6 corresponds to the crosslinking zone of the resin. The reference 8 designates an oven, or a set of ovens, the function of which is to raise the temperature of the resin in order to crosslink it. Zone 7 can correspond to a cooling of the product before its final storage. The reference 9 can for example designate ventilation means.
Le produit bobiné dans la zone 5 est déplacé le long du mandrin 2, de la zone 5 à la zone 6, puis 7, par des moyens de translation incorporés dans la surface extérieure du mandrin permettant le déplacement du produit selon les flèches 14. Ainsi, le produit bobiné est fabriqué en continu, transporté dans le four, puis dégagé du mandrin sous forme de produit fini 13 pour être prêt à un stockage. The product wound in zone 5 is moved along the mandrel 2, from zone 5 to zone 6, then 7, by translation means incorporated in the external surface of the mandrel allowing the product to move according to the arrows 14. Thus , the wound product is manufactured continuously, transported in the oven, then released from the mandrel in the form of finished product 13 to be ready for storage.
Il est clair que dans le cas où le produit est tubulaire, le dispositif permet également de fabriquer un tube en continu. It is clear that in the case where the product is tubular, the device also makes it possible to manufacture a tube continuously.
Un exemple de réalisation des moyens de déplacement intégrés à la surface extérieure du mandrin est décrit ci-après, à l'aide des figure 2A, 2B et 2C. An exemplary embodiment of the displacement means integrated into the external surface of the mandrel is described below, using FIGS. 2A, 2B and 2C.
La figure 2A est un schéma de principe de la coupe longitudinale du mandrin 2, constitué schématiquement par un corps central 16 et une enveloppe extérieure 17. Ces deux pièces sont solidaires entre elles, mais les éléments de solidarisation ne sont pas ici schématisés car ils compliqueraient la compréhension de la disposition. Le corps 16 est lié mécaniquement au support 3 et à la motorisation 4 (Figure 1). La rotation du corps 16 fait tourner le mandrin autour de l'axe 15. Des bandes 18 et 19 sont supportées par l'enveloppe 17 sur pratiquement toute la longueur utile du mandrin. Des galets 20 et 21 guident les bandes en extrémité du mandrin. Ces galets sont décalés longitudinalement afin de dégager de la place pour les retours des bandes dans l'espace intérieur du mandrin entre l'enveloppe 17 et le corps 16.La raison de cette disposition apparaîtra plus clairement sur la figure 2B. Figure 2A is a block diagram of the longitudinal section of the mandrel 2, schematically constituted by a central body 16 and an outer casing 17. These two parts are integral with each other, but the securing elements are not shown here schematically because they would complicate understanding of the layout. The body 16 is mechanically linked to the support 3 and to the motorization 4 (Figure 1). The rotation of the body 16 rotates the mandrel around the axis 15. Strips 18 and 19 are supported by the casing 17 over practically the entire useful length of the mandrel. Rollers 20 and 21 guide the strips at the end of the mandrel. These rollers are offset longitudinally in order to make room for the returns of the strips in the interior space of the mandrel between the casing 17 and the body 16. The reason for this arrangement will appear more clearly in FIG. 2B.
Une disposition semblable est employée aux deux extrémités du mandrin. Une ou plusieurs motorisations 22 provoquent le déplacement longitudinal des bandes. Les motorisations 22 peuvent être affectées à l'entraînement d'une bande, dans ce cas, des moyens de synchronisation des déplacements des bandes sont indispensables. La synchronisation peut être électrique si chaque bande est motorisée directement par un moteur électrique. La synchronisation peut être mécanique, par des pignons et chaînes. La réalisation d'une telle cinématique est à la portée d'un mécanicien.A similar arrangement is used at both ends of the mandrel. One or more motorizations 22 cause the longitudinal displacement of the strips. The motors 22 can be assigned to drive a strip, in this case, means for synchronizing the movements of the strips are essential. Synchronization can be electrical if each strip is directly powered by an electric motor. Synchronization can be mechanical, by sprockets and chains. The realization of such kinematics is within the reach of a mechanic.
Dans une autre variante, une bande sur deux est motorisée, les bandes adjacentes non motorisées sont entraînées en translation, soit simplement par le produit bobiné autour du mandrin, soit par des liaisons mécaniques (du type créneaux ou dents) avec les bandes motorisées adjacentes. Une telle variante divise par deux le nombre de bandes motorisées, tout en ayant la même surface du mandrin en translation. In another variant, one strip out of two is motorized, the adjacent non-motorized strips are driven in translation, either simply by the product wound around the mandrel, or by mechanical connections (of the slots or teeth type) with the adjacent motorized strips. Such a variant halves the number of motorized bands, while having the same surface of the mandrel in translation.
La figure 2B montre une portion du mandrin en coupe. Afin que l'ensemble des bandes constitue la presque totalité de la surface sur laquelle est bobiné l'élément en composite, il faut que les bandes adjacentes soient pratiquement en contact latéral. Aussi, une bande sur deux a son galet d'extrémité situé dans une section différente de la bande adjacente. C'est le cas des bandes 23 par rapport à la bande intermédiaire 24. De plus, le retour des bandes à l'intérieur de l'enveloppe 17 se fait à des distances variables par rapport à l'axe 15. Ainsi décalée, la mécanique de maintien et d'entraînement en translation peut prendre place dans le mandrin. La forme et la section des bandes est fonction du produit bobiné sur le mandrin.De préférence, chaque bande comportera en section un arc de cercle correspondant à la surface cylindrique qu'il est souhaitable de reconstituer pour bobiner des éléments allongés en composite adaptés à fabriquer des armures de flexibles. Les bandes peuvent être réalisées à partir d'un feuillard, d'une chaîne, d'une courroie crantée recouverte d'une couche d'élastomère destinée à donner à la juxtaposition de bandes un aspect régulier, de préférence cylindrique. Figure 2B shows a portion of the mandrel in section. In order for the set of strips to constitute almost the entire surface on which the composite element is wound, the adjacent strips must be practically in lateral contact. Also, every other strip has its end roller located in a different section from the adjacent strip. This is the case of the strips 23 relative to the intermediate strip 24. In addition, the return of the strips inside the envelope 17 takes place at variable distances from the axis 15. Thus offset, the mechanical support and drive in translation can take place in the mandrel. The shape and section of the strips depends on the product wound on the mandrel. Preferably, each strip will have in section an arc of a circle corresponding to the cylindrical surface which it is desirable to reconstitute for winding elongated composite elements suitable for manufacturing flexible armor. The bands can be made from a strip, a chain, a notched belt covered with a layer of elastomer intended to give the juxtaposition of bands a regular appearance, preferably cylindrical.
La figure 2C montre une variante de la figure 2B en ce que les bandes ne sont pas sensiblement jointives mais séparées par des créneaux 26, les bandes se déplaçant le long du mandrin dans des rainures 25. Une telle disposition peut permettre d'avoir plus d'espace pour la réalisation mécanique du mandrin, sans en perdre les avantages. La surface supérieure du créneau 26 peut être recouverte d'un matériau procurant une friction faible avec l'élément bobiné, ne gênant pas ainsi le déplacement en translation du produit bobiné par le moyen des bandes. FIG. 2C shows a variant of FIG. 2B in that the strips are not substantially contiguous but separated by slots 26, the strips moving along the mandrel in grooves 25. Such an arrangement can make it possible to have more space for the mechanical production of the mandrel, without losing its advantages. The upper surface of the slot 26 can be covered with a material providing low friction with the wound element, thus not interfering with the translational movement of the wound product by means of the bands.
Les figures 3A et 3B illustrent un exemple de réalisation des bandes 18 et 19 (figure 2A) à partir de chaînes mécaniques constituées par un ensemble de maillons, chaque maillon portant un patin dont la forme extérieure reconstitue la surface extérieure du mandrin. La figure 3A est une vue de coté simplifiée de la chaîne constituée par des maillons 30. Les maillons sont reliés les uns aux autres par des plaques 32 et les axes 31. Des plaques de support 35 en forme d'équerre permettent la fixation de patins 33 de largeur adaptée afin que, dans la partie rectiligne de la chaîne, le jeu entre patins soit minimal. Ces patins peuvent être métalliques ou en toute autre matière résistante à la température de réticulation du produit bobiné sur ledit mandrin. FIGS. 3A and 3B illustrate an exemplary embodiment of the bands 18 and 19 (FIG. 2A) from mechanical chains constituted by a set of links, each link carrying a shoe whose external shape reconstitutes the external surface of the mandrel. FIG. 3A is a simplified side view of the chain constituted by links 30. The links are connected to each other by plates 32 and the pins 31. Support plates 35 in the form of a square allow the fixing of pads 33 of suitable width so that, in the rectilinear part of the chain, the clearance between pads is minimal. These pads can be metallic or any other material resistant to the crosslinking temperature of the product wound on said mandrel.
La figure 3B est une vue en coupe qui montre plus précisément la forme et la fixation d'un patin 33 sur un maillon et les axes 31 qui dépassent des plaques de la chaîne afin de pouvoir pénétrer dans des glissières 34. Ces glissières 34 ont une double fonction: elles jouent le rôle de l'enveloppe 17 de support de bandes (figure 2A), et celui de retenue de la chaîne lorsque celle-ci a tendance à pendre en position basse, sous le mandrin. Il est clair que l'enveloppe 17, dans le principe de la réalisation selon les figures 3A et 3B, se réduit à des guidages mécaniques du type glissière 34, ou équivalents. FIG. 3B is a sectional view which shows more precisely the shape and the fixing of a shoe 33 on a link and the pins 31 which protrude from the plates of the chain so as to be able to penetrate slides 34. These slides 34 have a double function: they play the role of the envelope 17 for supporting the bands (FIG. 2A), and that of retaining the chain when the latter tends to hang in the low position, under the mandrel. It is clear that the envelope 17, in principle of the embodiment according to FIGS. 3A and 3B, is reduced to mechanical guides of the slide type 34, or the like.
Il faut remarquer que, dans le cas où l'invention est réalisée avec des patins fixés sur des moyens de translation du type bandes souples ou chaînes, on peut, dans une certaine mesure, faire varier le diamètre exténeur du mandrin en changeant la forme de chaque patin. It should be noted that, in the case where the invention is carried out with pads fixed on translation means of the flexible band or chain type, it is possible, to a certain extent, to vary the extender diameter of the mandrel by changing the shape of each skate.
Claims (10)
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|---|---|---|---|
| FR9504573A FR2732925B1 (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | DEVICE FOR CONTINUOUSLY MANUFACTURING COMPOSITE ELEMENTS |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR2732925B1 FR2732925B1 (en) | 1997-05-23 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| FR (1) | FR2732925B1 (en) |
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1995
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|---|---|
| FR2732925B1 (en) | 1997-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |