FR3059988B1 - Procede et machine pour l'enroulement d'un element filaire autour d'une piece pour le frettage, l'enroulement filamentaire ou le marouflage - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'enroulement d'un élément filaire (8) sous tension autour d'une pièce (3). L'invention concerne également une machine (1) pour procéder à un tel enroulement. La mise en tension de l'élément filaire avant son enroulement autour de la pièce est obtenue en effectuant au moins un passage de l'élément filaire autour d'au moins un galet (11, 1 1a-1 1g) de manière à générer un angle α de contact de l'élément filaire avec l'au moins un galet, supérieur ou égal à 360° (α>=360°), et en freinant l'au moins un galet de manière à exercer un couple sur celui-ci. L'invention trouvera son application pour la mise en œuvre d'une frette, d'un enroulement filamentaire ou d'un marouflage sur une pièce.
Description
PROCEDE ET MACHINE POUR L’ENROULEMENT D’UN ELEMENT FILAIRE AUTOUR D’UNE PIECE POUR LE FRETTAGE, L’ENROULEMENT FILAMENTAIRE OU LE MAROUFLAGE
Domaine technique
La présente invention se rapporte au domaine de l’enroulement d’un élément filaire sur une pièce, par exemple un cylindre, un cône, un fuselage ou une pièce dont la section est elliptique ou présente un contour de forme convexe quelconque avec d’éventuelles concavités additionnelles, voire d’autres formes de pièces pouvant subir un tel enroulement, ledit élément filaire étant mis sous tension préalablement à son enroulement autour de ladite pièce. L’invention porte sur le procédé d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce et sur la machine d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce. Le procédé et la machine sont tout particulièrement destinés à la réalisation d’une frette, une application aux domaines de l’enroulement filamentaire et du marouflage sur une pièce étant également envisageable, domaines pour lesquels il est nécessaire soit d’appliquer une tension élevée sur l’élément filaire (pour le frettage) soit de maîtriser parfaitement la tension appliquée sur l’élément filaire (pour l’enroulement filamentaire et le marouflage).
Etat de la technique
Il est connu de réaliser une frette sur une pièce afin de compenser les forces centrifuges exercées sur celle-ci durant sa rotation. Par exemple, on peut fretter un rotor à aimants d’une machine électrique pour éviter que les aimants ne tendent à s’écarter sous l’action de la force centrifuge générée durant la rotation du rotor. On peut aussi fretter un volant d’inertie en béton, ou en toute autre matière, utilisé sur une installation pour emmagasiner de l’énergie en vue de la restituer ultérieurement. En effet, lorsque le volant d’inertie tourne à vitesse élevée, la force centrifuge exercée sur celui-ci peut entraîner son éclatement ; les effets de la force centrifuge peuvent être compensés par la mise en place d’une frette permettant de compresser le volant d’inertie.
Un frettage d’une pièce cylindrique peut être réalisé par la mise en place d’un cylindre métallique sur la partie de la pièce à fretter. On chauffe la frette (le cylindre métallique) afin qu’elle se dilate puis on la met en place sur la pièce à fretter. La pièce à fretter peut éventuellement être préalablement refroidie afin qu’elle se rétracte. Lorsque la température des différents éléments est redevenue homogène, la frette met en compression la pièce frettée. Il y a alors une précontrainte dans la frette ainsi que dans la pièce frettée.
Une autre possibilité consiste à enrouler un élément filaire sous tension sur la pièce à fretter. Un tel frettage s’apparente à un enroulement filamentaire, la tension sur l’élément filaire est toutefois plus importante que dans le cas de l’enroulement filamentaire.
Un enroulement filamentaire consiste généralement en un moulage de matériaux composites sous forme d’une pièce creuse. Une telle pièce est généralement soumise à une forte pression interne. L'enroulement filamentaire consiste à enrouler des fibres continues imprégnées ou pré-imprégnées de résine autour d'une pièce en rotation jouant le rôle d'un moule intérieur. Une telle pièce est généralement appelée « mandrin » dans le cas d’un enroulement filamentaire. La tête de dépose des fibres se déplace le long du mandrin durant sa rotation de sorte à enrouler ses fils selon les besoins de la pièce. Une fois l’enroulement filamentaire positionné autour du mandrin et durcit (par une cuisson en étuve ou d’autres procédés de durcissement), le mandrin est extrait et la pièce fabriquée est récupérée. Les applications sont très variées, les pièces fabriquées peuvent par exemple être une canalisation, un réservoir, une canne à pêche, un fuselage. A la différence de l’enroulement filamentaire où le mandrin est extrait, l’enroulement filaire demeure autour de la pièce dans le cas d’une frette.
Une opération de frettage nécessite d’appliquer des tensions très importantes sur l’élément filaire durant son enroulement autour de la pièce, ledit élément filaire pouvant s’abîmer ou se rompre, en particulier lorsqu’il est constitué de fibres. Résumé de l’invention
La présente invention a pour objectif de permettre un enroulement d’un élément filaire autour d’une pièce avec une mise en tension importante dudit enroulement filaire lors d’une opération de frettage, tout en évitant sa détérioration. L’invention pourra toutefois être également mise en œuvre lors d’un enroulement filamentaire ou d’un marouflage, opérations pour lesquelles l’élément filaire est également enroulé autour d’une pièce, avec toutefois une tension moins élevée que dans le cas d’un frettage. A cet effet, l’invention concerne tout d’abord un procédé d’enroulement d’un élément filaire sous tension autour d’une pièce, par exemple un cylindre, un cône, un fuselage, ou une pièce dont la section est elliptique ou présente un contour de forme convexe quelconque. Le procédé comprend au moins une étape d’acheminement de l’élément filaire jusqu’à la pièce et une étape d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce. Cette étape d’enroulement peut être réalisée de deux manières : soit on entraîne en rotation de la pièce pour enrouler l’élément filaire autour de ladite pièce, soit on entraîne en rotation un satellite autour de la pièce, ledit satellite étant muni d’une tête de dépose permettant la manipulation et le guidage de l’élément filaire pour son enroulement autour de ladite pièce. Dans une mise en œuvre préférentielle et quasi-générale, l’élément filaire est déroulé au fur-et-à-mesure d’une bobine, mais on pourrait envisager une fabrication en continue de l’élément filaire suivie de la mise en œuvre dudit procédé selon l’invention. Le déroulement de l’élément filaire de la bobine peut être réalisé soit librement soit en imposant une légère tension sur celui-ci.
En outre, le procédé selon l’invention comprend une étape de mise en tension de l’élément filaire avant son enroulement autour de la pièce. Cette étape de mise en tension est mise en œuvre : en effectuant au moins un passage de l’élément filaire autour d’au moins un galet de manière à générer un angle oc de contact de l’élément filaire avec l’au moins un galet, supérieur ou égal à 360° (oc>360°), et en freinant l’au moins un galet de manière à exercer un couple sur celui-ci, ledit couple étant inversé au sens d’avance de l’élément filaire, ce qui permet ainsi de freiner l’élément filaire et de le mettre sous tension.
Cette mise en œuvre permet de mettre en tension l’élément filaire en évitant tout glissement sur les galets pour ne pas dégrader ledit élément filaire. Cela évite également d’exercer une tension importante en amont sur l’élément filaire, c’est-à-dire avant son passage sur l’au moins un galet, ce qui permet de dérouler l’élément filaire de la bobine sans exercer de tension, voire très peu, au niveau de cette bobine.
On comprend que lorsqu’un seul galet sera utilisé, l’élément filaire sera enroulé sur au moins un tour autour du galet, de manière à obtenir un angle oc de contact supérieur ou égal à 360°. Au contraire, lorsque plusieurs galets seront utilisés, l’élément filaire sera enroulé partiellement une ou plusieurs fois sur chacun des galets, de manière à obtenir un angle oc de contact total supérieur ou égal à 360°.
Selon une première réalisation du procédé objet de l’invention, on enroule l’élément filaire autour de deux galets en procédant à au moins un tour. Les galets sont par exemple agencés verticalement l’un en dessous de l’autre. L’élément filaire est ainsi en contact avec la partie supérieure du galet supérieur et avec la partie inférieure du galet inférieur, lorsque l’on réalise un tour de l’élément filaire autour des deux galets.
Selon une seconde réalisation du procédé objet de l’invention, on enroule l’élément filaire autour d’au moins deux galets, de préférence cinq galets disposés en quinconce sur deux rangées, en effectuant un seul passage. Les galets sont décalés les uns par rapport aux autres afin de mettre en contact l’élément filaire avec une partie de chacun des galets et de parvenir au total à un angle de contact supérieur ou égal à 360°.
Selon une troisième réalisation du procédé objet de l’invention, on enroule l’élément filaire autour d’au moins deux galets, de préférence sept galets disposés en quinconce sur trois rangées, en effectuant au moins deux passages. Cette troisième réalisation s’apparente à la seconde réalisation précitée, la seule différence étant que l’agencement des galets permet d’effectuer un retour de l’élément filaire pour effectuer plusieurs passages de celui-ci sur les galets.
Selon le procédé objet de l’invention, on effectue plusieurs passages autour de l’au moins un galet en décalant l’élément filaire sur ledit au moins un galet lors de chaque passage, afin que l’élément filaire ne passe pas deux fois au même endroit sur un même galet. Cela évite la détérioration dudit élément filaire.
Dans une réalisation du procédé objet de l’invention, l’élément filaire est un fil à base de fibres, par exemple des fibres de carbone ou des fibres de verre, voire d’autres fibres, ledit élément filaire étant imprégné d’une résine préalablement à son enroulement autour de la pièce. Le fil pourra être imprégné suite à son déroulement de la bobine, voire pourra être préimprégné. On peut également envisager aucune imprégnation de résine sur l’élément filaire. Le fil pourra également être torsadé préalablement à son passage autour de l’au moins un galet soit en le torsadant après avoir été débobiné soit en utilisant une bobine de fil déjà torsadé. La torsion du fil permet d’augmenter l’effort de traction exercé sur celui-ci.
Dans une réalisation du procédé objet de l’invention, l’élément filaire est imprégné avec un excédent de résine puis calibré par passage au travers d’un ou plusieurs calibres successifs, avant son enroulement autour de la pièce ou avant son passage sur les galets.
Dans une autre réalisation du procédé objet de l’invention, l’élément filaire est un fil mono-filament, par exemple un fil d’acier, de titane ou d’invar.
Dans une autre réalisation du procédé objet de l’invention, l’élément filaire est un ruban en plastique servant à la réalisation d’une opération de marouflage sur une pièce, par exemple pour compacter une pièce en composite lors de son moulage par le biais du ruban en plastique.
Dans une réalisation du procédé objet de l’invention, on réduit le couple exercé sur l’au moins un galet de manière à réduire la tension sur l’élément filaire, lors de l’enroulement dudit élément filaire près des bords de l’enroulement sur la pièce. Cette opération permet d’éviter un affaissement de l’élément filaire sur les bords de la pièce, notamment dans le cas d’un frettage sur une pièce ne disposant pas de flasques sur ses bords pour contenir la frette qui exerce des tensions importantes. L’invention concerne également une machine pour effectuer un enroulement d’un élément filaire autour d’une pièce. La machine comprend : un système d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce, un système de support d’une bobine sur laquelle est enroulé l’élément filaire, ledit système de support étant configuré pour permettre le déroulement de l’élément filaire de la bobine, en vue de son enroulement autour de la de la pièce, un système de mise en tension de l’élément filaire disposé entre le système de support de la bobine et le système d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce, ledit système de mise en tension comprenant : • au moins un galet configuré pour que l’élément filaire effectue au moins un passage autour de l’au moins un galet en générant un angle oc de contact dudit élément filaire avec ledit au moins un galet, supérieur ou égal à 360° (oc>360°), • un dispositif de freinage de l’au moins un galet de manière à exercer un couple sur celui-ci, permettant ainsi de freiner l’élément filaire et de le mettre sous tension.
Dans une réalisation de la machine selon l’invention, le système d’enroulement de l’élément filaire autour de la pièce est mis en œuvre au moyen d’un système de support de la pièce, ledit système étant configuré pour entraîner en rotation ladite pièce autour de son axe de révolution. On peut cependant envisager une variante de réalisation selon laquelle ledit système d’enroulement comprend un satellite et des moyens d’entraînement en rotation du satellite autour de la pièce, ledit satellite étant configuré pour maintenir l’élément filaire durant son enroulement autour de la pièce engendré par la rotation dudit satellite.
Dans une mise en œuvre de la machine selon l’invention, le système de mise en tension comprend deux galets configurés pour effectuer au moins un passage de l’élément filaire. Selon une variante, le système de mise en tension comprend au moins deux galets configurés pour effectuer un seul passage de l’élément filaire. Selon une autre variante, le système de mise en tension comprend au moins deux galets configurés pour effectuer au moins deux passages de l’élément filaire.
Dans une mise en œuvre de la machine selon l’invention, le dispositif de freinage comprend : des moyens d’engrenage configurés entre les galets pour les entraîner concomitamment en rotation avec une même vitesse de défilement de l’élément filaire sur ces galets, les sens de rotation des galets correspondant au sens de déplacement de l’élément filaire durant son passage sur ces galets ; des moyens de freinage d’un des galets, les moyens d’engrenage entraînant automatiquement le freinage des autres galets. Ces moyens de freinage peuvent agir directement sur un des galets ou indirectement, par le biais d’un arbre assujetti au galet voire par le biais des moyens d’engrenage en liaison avec ledit galet.
On pourrait cependant envisager une autre variante consistant à prévoir des moyens de freinage synchronisés sur chacun des galets, sans nécessiter l’utilisation de moyens d’engrenage.
Selon l’invention, la machine comprend un système de déplacement de l’élément filaire le long de l’axe de révolution de la pièce. Ce système de déplacement permet d’enrouler de manière contrôlée l’élément filaire autour de la pièce.
Selon l’invention, la machine peut comprendre un système de torsion de l’élément filaire agencé en amont du système de mise en tension. Cela permet de torsader ledit élément filaire pour le rendre plus résistant avant sa mise en tension.
Selon l’invention, la machine peut comprendre un système d’imprégnation d’une résine sur l’élément filaire avant son enroulement autour de la pièce. De préférence, ce système d’imprégnation est positionné en sortie de la bobine, avant la mise en tension de l’élément filaire au moyen du système de mise en tension. On peut toutefois positionner ce système d’imprégnation entre le système de mise en tension et la pièce, dans une variante de réalisation.
Selon l’invention, la machine comprend des moyens de mesure du couple exercé sur l’au moins un galet et/ou sur la pièce, ainsi que des moyens de contrôle du dispositif de freinage de l’au moins un galet configurés pour ajuster ledit freinage en fonction des couples mesurés sur l’au moins un galet et/ou sur la pièce. De préférence, ces moyens de contrôle du dispositif de freinage de l’au moins un galet sont configurés pour ajuster ledit freinage en fonction de la position de l’élément filaire le long de la pièce. De préférence la machine comprend des moyens de mesure du couple exercé sur l’au moins un galet et des moyens de mesure du couple exercé sur la pièce. On pourrait toutefois envisager une variante de machine comprenant uniquement l’un ou l’autre des moyens de mesure du couple précités, voire tout autre système de mesure de la tension sur l’élément filaire.
Le procédé et la machine selon l’invention trouveront leur application pour la réalisation d’une frette. D’autres applications sont envisageables, notamment la réalisation d’un enroulement filamentaire ou d’un marouflage sur une pièce.
Brève description des figures
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préféré s’appuyant sur des figures, parmi lesquelles :
La figure 1 schématise un premier mode de réalisation d’une machine selon l’invention en vue de dessus ;
La figure 2 schématise la bobine, le système de mise en tension et la pièce sur la machine de la figure 1, durant l’enroulement de l’élément filaire autour de ladite pièce ;
La figure 3 schématise le passage d’un élément filaire sur un galet, de sorte à mettre en évidence la surface de contact et l’angle de contact entre lesdits éléments ;
Les figures 4 et 5 schématisent deux modes de réalisation d’un système de mise en tension comportant deux galets ;
La figure 6 schématise un système de mise en tension à cinq galets, l’élément filaire effectuant un seul passage dans ledit système ;
La figure 7 schématise un système de mise en tension à sept galets, dont deux galets de retour, l’élément filaire effectuant au moins deux passages dans ledit système ;
Les figures 8 et 9 schématisent un autre mode de réalisation d’un système de mise en tension comportant deux galets ;
La figure 10 schématise un second mode de réalisation d’une machine selon l’invention en vue de dessus.
Description détaillée
Dans la suite de la description, les mêmes références sont utilisées pour définir les mêmes caractéristiques ou leurs équivalents, selon les diverses variantes.
Sur la figure 1, la machine 1 comprend un premier système de support 2 d’une pièce 3. Sur la figure 1, cette pièce 3 est de forme cylindrique, mais d’autres formes de révolution sont possibles, par exemple un cône ou un fuselage. On peut également envisager d’autres formes, par exemple une pièce présentant une section dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de révolution XI de forme elliptique ou tout autre forme convexe. Lorsque la machine 1 est utilisée pour réaliser une opération de frettage, la pièce 3 constitue la pièce à fretter, par exemple un rotor, un volant d’inertie, une centrifugeuse. De même, lorsque la machine 1 est utilisée pour réaliser une opération de marouflage, la pièce 3 constitue la pièce à maroufler, par exemple un tube en composite. Tandis que lorsque la machine 1 est utilisée pour une opération d’enroulement filamentaire, cette pièce 3 constitue l’empreinte ou le moule interne de la pièce à fabriquer, par exemple une cuve, un tuyau.
Le système de support 2 de la pièce 3 comprend un moteur 4 et des moyens de maintien 5 de la pièce 3, ces moyens de maintien 5 étant par exemple constitués d’un mandrin (non illustré) assujetti au moteur 4 et d’une contrepointe (non illustrée) permettant de maintenir la pièce 3 selon son axe de révolution XI et de l’entraîner en rotation selon cet axe de révolution XI sous l’action du moteur 4.
La machine 1 comprend également un second système de support 6 d’une bobine 7 sur laquelle est embobiné un élément filaire 8. Le système de support 6 comporte par exemple un arbre 9 qui permet de maintenir la bobine 7. Cet arbre 9 peut être fixe et recevoir à pivotement la bobine 7 selon son axe longitudinal X2 de sorte à la laisser tourner librement selon cet axe longitudinal X2 qui, sur la figure 1, est parallèle à Taxe de révolution XI de la pièce 3. On peut également envisager un montage serré entre l’arbre 9 et la bobine 7 de sorte à assujettir lesdits éléments, ledit arbre 9 tournant librement ou étant entraîné en rotation à une vitesse contrôlée par un moteur (non illustré) sur ledit système de support 6. On peut aussi envisager un frein (non illustré) sur ce système de support 6 permettant de freiner soit l’arbre 9 soit directement la bobine 7, selon les cas de mise en œuvre précités. Le moteur et le frein précités ont chacun pour but de contrôler l’élément filaire 8 qui se débobine, en exerçant une légère tension sur celui-ci. On peut également envisager d’autres orientations de Taxe longitudinal X2 de la bobine 7 vis-à-vis de Taxe de révolution XI de la pièce 3. On peut également envisager de débobiner l’élément filaire 8 en maintenant la bobine 7 fixe, en tirant l’élément filaire 8 dans le sens de Taxe longitudinal X2 de la bobine 7. Sur la figure 1, l’élément filaire 8 est débobiné par l’extérieur de la bobine 7 ; il est cependant possible de prévoir des variantes avec une bobine 7 fixe, l’élément filaire 8 étant débobiné par le centre de la bobine 7 en tirant sur ledit élément filaire 8 dans le sens de Taxe longitudinal X2 de cette bobine 7.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, la machine 1 comprend également un système de mise en tension 10 dans lequel passe l’élément filaire 8 avant son enroulement sur la pièce 3. Ce système de mise en tension 10 permet de transmettre progressivement à l’élément filaire 8 un effort pour ne pas l’abîmer, ce qui est essentiel tout particulièrement pour les fils à base de fibres qui sont en générale fragiles.
La figure 3 illustre le principe essentiel du système de mise en tension 10. Sur cette figure 3 est illustré l’élément filaire 8 sur lequel il est nécessaire d’appliquer une tension lors de son enroulement sur la pièce 3. L’élément filaire 8 est en contact avec une partie d’un galet 11 sur un angle de contact oc. En appliquant un couple C sur ce galet 11, une force Fl est appliquée en amont sur l’élément filaire 8 se débobinant et une force F2 supérieure à la force Fl est appliquée sur ledit élément filaire 8 s’enroulant sur la pièce 3. La différence entre les forces Fl et F2 dépendra du couple C transmis au galet 11, de l’angle de contact oc et du coefficient de frottement entre l’élément filaire 8 et le galet 11. En augmentant le couple C, on atteint une limite de glissement de l’élément filaire 8 sur le galet 11. Ce glissement peut être évité en augmentant l’angle de contact oc entre l’élément filaire 8 et le galet 11, ce qui permet finalement d’obtenir une force F2 en aval assez élevée avec une force Fl en amont relativement faible, sans glissement. Dans la pratique, pour les applications recherchées selon l’invention, tout particulièrement pour des opérations de frettage, il est nécessaire d’avoir un angle de contact oc qui est supérieur ou égal à 360°.
Pour les applications envisagées selon la présente invention, tout particulièrement pour un élément filaire 8 du type fil à base de fibres, il est prévu de mettre en œuvre cet angle de contact oc supérieur ou égal à 360° en utilisant plusieurs galets 11 sur le système de mise en tension 10. L’utilisation d’un seul galet 11, bien qu’envisageable, nécessiterait d’enrouler l’élément filaire 8 sur le galet 11 en effectuant plusieurs tours, ce qui risquerait d’abîmer l’élément filaire 8 en repassant celui au même endroit sur ledit galet 11. L’angle de contact oc supérieur ou égal à 360° est donc préférentiellement obtenu en utilisant plusieurs galets 11 tournant à vitesses de défilement de l’élément filaire identiques et freinés concomitamment pour exercer un couple sur ces galets 11.
Sur la figure 4, le système de mise en tension 10 comprend deux galets 11 a-11b liés entre eux par un jeu d’engrenages 12 comportant trois roues dentées 12a-12c. Les galets lla-llb sont de diamètres identiques et le jeu d’engrenages 12 assure une rotation des deux galets lla-llb dans le même sens avec un rapport de transmission égal à un (r=l). Le sens de rotation des galets lla-llb correspond au sens de déplacement de l’élément filaire 8 pour son enroulement autour de la pièce 3. Le jeu d’engrenages 12 permet de freiner un seul des deux galets lla-llb pour transmettre un couple réparti sur chacun desdits galets lla-llb. L’élément filaire 8 est enroulé sur les galets lla-llb en effectuant un ou plusieurs passages, ledit élément filaire 8 étant en contact avec la partie supérieure du premier galet 1 la et avec la partie inférieure du second galet 1 lb, comme illustré sur cette figure 4, ce qui assure au total un angle de contact oc de 360° lors d’un passage. Les galets lla-llb peuvent comporter des gorges successives (non illustrées) permettant de décaler l’élément filaire 8 sur les galets lla-llb lorsque plusieurs passages sont réalisés, ce qui évite d’abimer l’élément filaire 8. Cela peut être également envisagé lorsqu’un seul galet 11 ou plus de deux galets 11 sont prévus sur le système de mise en tension 10.
Sur la figure 5, le principe du système de mise en tension 10 est similaire à celui précité de la figure 4, la différence étant que les galets lla-llb sont inclinés l’un par rapport à l’autre selon des axes non parallèles pour assurer un décalage naturel de l’élément filaire 8 lors de plusieurs passages autour de ces galets lla-llb. Selon cette variante, on pourra prévoir également un jeu d’engrenages adapté pour tenir compte de l’inclinaison entre les deux galets lla-llb et un frein sur l’un des deux galets 1 la-1 lb. On pourrait également prévoir de freiner indépendamment chacun des galets lla-llb.
Sur la figure 6, le système de mise en tension 10 comprend cinq galets 1 la-1 le disposés en quinconce sur deux rangées et permettant d’effectuer un seul passage de l’élément filaire 8. L’élément filaire 8 est en contact partiellement avec chaque galet 1 la-1 le lors de son passage dans le système de mise en tension 10, comme l’illustre cette figure 6, permettant au total d’obtenir un angle de contact oc de 720°, soit l’équivalant de deux tours sur un seul galet 11. Les galets 1 la-1 le sont tous de diamètres identiques et un jeu d’engrenages 12, comportant cinq roues dentées 12a-12e, assure une rotation à vitesse identique de tous les galets 1 la-1 le avec un rapport de transmission égal à un (r=l). Chaque galet 1 la-1 le tourne dans le sens de déplacement de l’élément filaire 8 qui passe successivement sur chaque galet 1 la-1 le. Le freinage d’un seul des galets 1 la-1 le permet de freiner l’ensemble pour exercer un couple réparti sur chaque galet 1 la-1 le.
Sur la figure 7, la conception reprend les caractéristiques du système de mise en tension 10 de la figure 6 et comprend en complément deux galets llf, 11g de retour permettant d’effectuer plusieurs passages de l’élément filaire 8 sur ledit système de mise en tension 10. Les galets 1 la-1 lg sont tous de diamètres identiques et disposés sur trois rangées. Un jeu d’engrenages 12, comportant sept roues dentées 12a-12g, assure une rotation à vitesse identique de tous les galets lla-llg avec un rapport de transmission égal à un (r=l). Le freinage d’un seul des galets lla-llg permet de freiner l’ensemble pour exercer un couple réparti sur chaque galet lla-llg. L’élément filaire 8 est en contact partiellement avec chaque galet lla-llg lors de son passage dans le système de mise en tension 10, comme l’illustre cette figure 7, permettant au total d’obtenir un angle de contact oc de 1080° lors d’un passage supplémentaire, soit l’équivalant de trois tours sur un seul galet 11.
Dans les cas précités où un jeu d’engrenages 12 assurent la liaison entre tous les galets lla-llg, le freinage d’un seul desdits galets suffit à les freiner tous. Le freinage du galet est mise en œuvre au moyen d’un frein à poudre (non illustré) qui régule le couple et la tension sur l’élément filaire 8.
La machine 1 est équipée d’un système de déplacement 13 configuré pour déplacer le système de mise en tension 10 et l’élément filaire 8 le long de Taxe de révolution XI de la pièce 3 durant son enroulement autour de ladite pièce. Ce système de déplacement 13 est par exemple constitué d’un premier chariot 13a monté en liaison glissière selon un axe longitudinal X3 parallèle à Taxe de révolution XI de la pièce 3, ledit premier chariot 13a supportant le système de mise en tension 10 et étant commandé par moteur et une vis sans fin (non illustrés). Ce système de déplacement 13 peut également comprendre, en complément ou en substitution du premier chariot 13a, un second chariot 13b sur lequel est montée une tête de dépose 17 configurée pour maintenir et guider l’élément filaire 8 lors de son enroulement autour de la pièce 3, ce second chariot 13b étant également commandé en translation par un moteur et une vis sans fin (non illustrés) selon un axe parallèle X4 à Taxe de révolution XL
La machine comprend un système de commande (non illustré), comprenant notamment un automate programmable (non illustré) et des capteurs de mesures (non illustrés). Le système de support 2 de la pièce 3 comprend un capteur de mesure du couple agencé sur l’arbre de rotation du moteur 4, permettant de mesurer la tension exercée sur la partie de l’élément filaire 8 s’enroulant sur la pièce 3. De même, le système de mise en tension 10 comprend un capteur de mesure du couple agencé sur l’un des galets lla-llg, permettant de mesurer la tension de la partie de l’élément filaire 8 passant sur les galets lla-llg. Le système de déplacement 13 est équipé d’un capteur de mesure de position (non illustré) permettant de mesurer la position de l’élément filaire 8 s’enroulant sur la pièce 3. L’automate programmable contrôle le moteur 4 entraînant la pièce 3, le frein à poudre (non illustré) permettant le freinage des galets lla-llg du système de mise en tension 10 et le moteur du système de déplacement 13, afin d’ajuster au mieux les vitesses de ces éléments en fonction de la tension souhaitée sur l’élément filaire 8 lors de son enroulement sur la pièce 3. Dans le cas d’une opération de frettage où de fortes tensions sont appliquées, l’automate programmable permettra également d’ajuster le freinage des galets 11 a-11g en fonction de la position de l’élément filaire 8 le long de la pièce 3, dans le but notamment de réduire la tension sur l’élément filaire 8 sur les bords longitudinaux de la frette mise en œuvre, afin d’éviter un affaissement au niveau desdits bords longitudinaux. Des flasques peuvent être prévues sur les bords longitudinaux de la pièce 3 afin de de contenir la frette pendant le moulage (résine non durcie) mais aussi en fonctionnement de la pièce 3. Lorsqu’aucune flasque n’est prévue en mode de fonctionnement, des outillages amovibles peuvent jouer le rôle de flasques pendant la phase de moulage de la frette.
La machine 1 équipée d’un tel système de mise sous tension 10 est tout particulièrement adaptée pour la réalisation de frette avec un élément filaire 8 du type fil à base de fibres tels que des fibres de carbone, des fibres de verre ou d’autres fibres, puisqu’il permet d’exercer de très fortes tensions sur le fil de fibres durant son enroulement autour de la pièce 3, sans risque de l’endommager. La machine 1 peut toutefois également servir à la réalisation de frette en utilisant des éléments filaire 8 du type fil mono-filament tel que du fil d’acier, de titane, d’invar voire d’autres matières adaptées. La machine 1 peut également être utilisée pour mettre en tension l’élément filaire avec une meilleure maîtrise de la tension, plus faible que dans le cas du frettage, par exemple dans le cadre d’un enroulement filamentaire classique où l’élément filaire 8 est également du type fil à base de fibres tels que des fibres de carbone, des fibres de verre ou d’autres fibres, voire dans le cadre d’un marouflage d’un tube en composite où il est nécessaire de mettre en tension un élément filaire 8 du type ruban en plastique pour compacter ledit tube durant son moulage.
Dans le cadre de l’application nous intéressant tout particulièrement, à savoir le frettage ou l’enroulement filamentaire avec un élément filaire 8 du type fil à base de fibres composites, on peut prévoir une imprégnation du fil avec une résine (non illustrée). L’élément filaire 8 peut être imprégné d’une résine lors du moulage, c’est-à-dire après avoir été déroulé de la bobine 7. L’élément filaire 8 peut également être pré-imprégné d’une résine, c’est-à-dire avant sa mise en place sur la machine 1. L’élément filaire 8 pourrait aussi comporter une résine déjà polymérisée ou une résine thermoplastique. Cette résine peut éventuellement être souple. L’élément filaire 8 peut être imprégné avec un excès de résine puis calibré par un ou deux calibrages successifs en passant au travers de deux filières. La première filière permet d’approcher le taux de fibres souhaité sur l’élément filaire et la seconde filière permet d’atteindre le diamètre final souhaité de l’élément filaire. La réalisation de deux calibrages successifs permet de préserver la fibre.
Afin de réaliser une telle imprégnation, la machine 1 comprend également un système d’imprégnation (non illustré) pouvant consister en un bac de résine dans lequel passe l’élément filaire 8 après avoir été déroulé de la bobine 7 et avant son passage dans le système de mise en tension 10, voire après son passage. L’imprégnation peut également se faire par un procédé différent, par exemple en déposant un cordon de résine directement sur l’élément filaire 8 pendant son enroulement autour de la pièce 3. Le système d’imprégnation peut aussi comprendre un rouleau (non illustré) qui sera enduit de résine par passage dans un bain de résine, l’élément filaire 8 passant sur ce rouleau pour être imprégné de la résine.
La machine 1 peut comprendre également un système de torsion (non illustré) de l’élément filaire 8, agencé en amont du système de mise en tension 10, afin de torsader ledit élément filaire 8 et le rendre plus résistant avant sa mise en tension. Ce système de torsion peut être constitué d’un support sur lequel est montée la bobine et d’un moteur d’entraînement en rotation du support, la vitesse de rotation de la bobine étant imposée par la vitesse de défilement de l’élément filaire, l’automate programmable gérant lesdites vitesses. On pourrait également envisager de torsader l’élément filaire 8 avant son bobinage sur la bobine 7.
Certaines pièces 3 peuvent disposer d’une surface qui risque d’abîmer l’élément filaire 8 sous tension durant son enroulement, notamment lors d’une opération de frettage. C’est le cas par exemple pour un rotor à aimants comportant des imperfections de surface. Dans ce cas, on peut ajouter un film de protection sur la surface à fretter, par exemple un tissu de fibre de verre ou de carbone, avant de commencer l’enroulement de l’élément filaire 8 sous tension sur la pièce 3.
Les figures 8 et 9 illustrent une autre variante de mise en œuvre du système de mise en tension 10 de l’élément filaire 8. Le système de mise en tension 10 comprend deux galets lla-llb liés entre eux par un jeu d’engrenages 12 comportant deux roues dentées 12a-12b. Le premier galet lia est décalé vers le haut et l’avant par rapport au second galet 11b, comme l’illustrent ces figures 8 et 9. Les galets lla-llb sont de diamètres identiques et le jeu d’engrenages 12 assure une rotation des deux galets lla-llb dans deux sens opposés avec un rapport de transmission égal à un (r=l). Le sens de rotation des galets lla-llb correspond au sens de déplacement de l’élément filaire 8, tel qu’illustré par la flèche 14. Le jeu d’engrenages 12 permet de freiner un seul des deux galets lla-llb pour transmettre un couple réparti sur chacun desdits galets lla-llb. L’élément filaire 8 est enroulé sur les galets lla-llb en effectuant un passage tel qu’illustré en figure 8, voire plusieurs passages tels qu’illustrés en figure 9, ledit élément filaire 8 étant en contact avec la partie avant du premier galet lia et avec la partie arrière du second galet 1 lb, comme illustré sur ces figures 8 et 9, ce qui assure au total un angle de contact oc de 360° lors d’un passage. Les galets lla-llb peuvent comporter des gorges successives (non illustrées) permettant de décaler l’élément filaire 8, comme décrit précédemment.
Le système de support 2 décrit précédemment permet d’entraîner en rotation la pièce 3 selon son axe de révolution XI, ce qui assure l’enroulement de l’élément filaire 8 autour de ladite pièce 3. On peut toutefois envisager d’autres variantes de système d’enroulement 100 de l’élément filaire 8 autour de la pièce 3. A titre d’exemple, sur la machine 1 illustrée en figure 10, le système d’enroulement 100 comprend un mandrin 15 permettant de maintenir de manière fixe la pièce 3 et un satellite 16 comportant une tête de dépose 17 permettant le maintien et le guidage de l’élément filaire 8 au moment de son enroulement sur la pièce 3. La machine 1 comprend un système d’entraînement en rotation (non illustré) de ce satellite 16 autour de Taxe de révolution XI de la pièce 3, ce qui permet l’enroulement de l’élément filaire 8 autour de ladite pièce 3. La machine comprend également un système de translation (non illustré) de ce satellite 16 dans le sens de Taxe de révolution XI de la pièce 3, ce qui permet de déplacer l’élément filaire 8 dans le sens de cet axe de révolution XI durant son enroulement autour de la pièce 3. On pourrait envisager un système de translation du mandrin 15 dans le sens de Taxe de révolution XI en variante du système de translation du satellite 16, afin de constituer un système de déplacement de l’élément filaire 8 le long de Taxe de révolution XI lors de son enroulement autour de la pièce 3.
Dans les exemples de systèmes de mise en tension 10 décrits précédemment, les galets lla-llg sont tous d’un diamètre identique et les roues dentées 12a-12g assure un rapport de transmission égale à un (r = 1) entre eux. On pourrait cependant envisager des diamètres différents pour les galets lla-llg et adapter les roues dentées 12a-12g pour que les rapports de transmission entre ces roues dentées assurent une vitesse de défilement identique de l’élément filaire 8 sur ces galets lla-llg.
On pourrait notamment augmenter progressivement les diamètres des galets lla-llg afin de tenir compte de l’allongement de l’élément filaire 8 qui est mis sous tension. En effet, compte tenu de l’allongement de l’élément filaire au niveau de tension appliquée, la vitesse de défilement sera légèrement plus importante après freinage qu’avant freinage. La vitesse augmentera progressivement au fur et à mesure du freinage. Il pourra alors être intéressant d’augmenter le diamètre des galets lla-llg afin de tenir compte de la vitesse de défilement qui s’accroît. Ceci permettra dans le cas d’un élément filaire 8 très fragile de réduire le glissement dudit élément filaire 8 sur lesdits galets lla-llg.
La description détaillée qui précède n’a aucun caractère limitatif. Bien au contraire, elle a pour objectif d’ôter toute éventuelle imprécision quant à sa portée. Ainsi, de nombreuses variantes pourront être envisagées dans le cadre de l’invention, notamment quant à la conception du système de mise en tension 10.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Procédé de frettage, d’enroulement filamentaire ou de marouflage d’une pièce (3) par enroulement d’un élément filaire (8) sous tension autour de cette pièce, comprenant au moins une étape d’acheminement de l’élément filaire jusqu’à la pièce et une étape d’enroulement de l’élément filaire autour de ladite pièce, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de mise en tension de l’élément filaire avant son enroulement autour de la pièce, ladite étape étant mise en œuvre : en effectuant au moins un passage de l’élément filaire autour d’au moins un galet (11, 11 a-11 g) de manière à générer un angle a de contact de l’élément filaire avec l’au moins un galet, supérieur ou égal à 360° (ο£ϊ360°), - et en freinant l’au moins un galet de manière à freiner l’élément filaire (8) et le mettre sous tension.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on enroule l’élément filaire (8) autour d’au moins deux galets (1 la-1 lg) en effectuant au moins un passage.
- 3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel on effectue plusieurs passages autour de l’au moins un galet (11, 1 la-1 lg) en décalant l’élément filaire (8) sur ledit au moins un galet lors de chaque passage.
- 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément filaire (8) est un fil à base de fibres.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’élément filaire (8) est torsadé préalablement à son passage autour de l’au moins un galet (11,1 la-1 lg).
- 6. Procédé selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel ledit élément filaire est imprégné d’une résine préalablement à son enroulement autour de la pièce (3).
- 7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’élément filaire (8) est un fil mono-filament.
- 8. Machine (1) de frettage, d’enroulement filamentaire ou de marouflage d’une pièce (3) par enroulement d’un élément filaire (8) sous tension autour de cette pièce, la machine comprenant : un système d’enroulement (2) de l’élément filaire (8) autour de la pièce (3), - un système de support (6) d’une bobine (7) sur laquelle est enroulé l’élément filaire (8), ledit système étant configuré pour permettre le déroulement de l’élément filaire (8) de la bobine (7), caractérisée en ce que ladite machine (1) comprend un système de mise en tension (10) de l’élément filaire disposé entre le système de support (6) et le système d’enroulement (2), ledit système de mise en tension (10) comprenant : au moins un galet (11, 11 a-11 g) configuré pour que l’élément filaire effectue au moins un passage autour de l’au moins un galet en générant un angle a de contact dudit élément filaire avec ledit au moins un galet, supérieur ou égal à 360° (a>360°), un dispositif de freinage de l’au moins un galet de manière à freiner l’élément filaire (8) et le mettre sous tension.
- 9. Machine (1) selon la revendication 8, dans laquelle le système de mise en tension (10) comprend au moins deux galets (11 a-11 g) configurés pour effectuer au moins un passage de l’élément filaire (8).
- 10. Machine (1) selon l’une des revendications 8 ou 9, dans laquelle le dispositif de freinage comprend : - des moyens d’engrenage (12) configurés entre les galets (lia-11g) pour les entraîner concomitamment en rotation avec une même vitesse de défilement de l’élément filaire (8); des moyens de freinage d’un des galets.
- 11. Machine (1) selon l’une des revendications 8 à 10, laquelle comprend un système de torsion de l’élément filaire (8) agencé en amont du système de mise en tension (10).
- 12. Machine (1) selon l’une des revendications 8 à 11, laquelle comprend un système d’imprégnation d’une résine sur l’élément filaire (8) avant son enroulement autour de la pièce (3).
- 13. Machine (1) selon l’une des revendications 8 à 12, laquelle comprend des moyens de mesure du couple exercé sur l’au moins un galet (11, 1 la-1 lg) et/ou sur la pièce (3) et des moyens de contrôle du dispositif de freinage de l’au moins un galet configurés pour ajuster ledit freinage en fonction des couples mesurés sur l’au moins un galet et/ou sur la pièce (3).
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Effective date: 20180615 |
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