FR3098209A1 - Bobine pour l’enroulement et le deroulement d’un lien - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une bobine pour enrouleur, comprenant : - un mandrin (10) s’étendant autour d’un axe (X) de rotation de la bobine, - une pluralité de paires de bras latéraux (20a, 20b) s’étendant de part et d’autre du mandrin (10), jouant ensemble le rôle de joues définissant entre elles un volume d’enroulement du lien, ladite bobine étant caractérisée en ce qu’elle comprend une bride (40) fermée fixée sur les bras (20a) constituant l’une desdites joues, ladite bride présentant une épaisseur comprise entre 10 et 40 mm. Figure pour l’abrégé : Fig 5

Description

BOBINE POUR L’ENROULEMENT ET LE DEROULEMENT D’UN LIEN
La présente invention concerne une bobine permettant d'enrouler et de dérouler un lien notamment pour la transmission d’énergie et/ou la transmission de données, tel qu'un câble, un tuyau, une fibre optique ou autre, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle bobine.
On connaît, notamment des documents WO 2014/167105 et WO 2015/071341 au nom de la Demanderesse, des bobines destinées à l’enroulement et au déroulement d’un lien, par exemple un lien du type permettant la transmission d’énergie et/ou la transmission de données.
En référence aux figures 1 à 4, une telle bobine comprend :
- un mandrin 10 s’étendant selon un axe de rotation de la bobine, et
- deux ensembles de bras latéraux 20a, 20b définissant un volume d'enroulement du lien, adaptés pour contenir latéralement les spires dudit lien, fixés de part et d’autre du mandrin 10. Chaque ensemble de bras forme une joue.
La structure de la bobine est rigidifiée par des viroles, à savoir :
- une virole intérieure 30, située à une première distance du mandrin, et
- une paire de viroles extérieures 31a, 31b dans laquelle chaque virole est fixée à au moins un bras d’une joue respective à une seconde distance du mandrin, supérieure à la première distance.
La bobine comprend une surface portante adaptée pour recevoir les spires du lien, la spire intérieure étant au contact de ladite surface portante. Ladite surface portante peut notamment faire partie du mandrin ou de la virole intérieure.
L’entreflasque, c’est-à-dire la distance entre les deux joues, est défini en fonction de la largeur du lien à enrouler sur la bobine. Pour permettre un enroulement/déroulement correct du lien, notamment dans le cas d'une bobine mono-spire, l’entreflasque est ajusté pour que les distances entre les joues soient adaptées au lien enroulé au niveau des extrémités proximales et distales des bras.
Une tendance actuelle est de diminuer la largeur et/ou l’épaisseur des liens, ce qui permet, pour un même diamètre de bobine, d’enrouler une plus grande longueur de lien et un plus grand nombre de spires sur la surface portante. Afin de conserver un enroulement/déroulement régulier du lien, qui est guidé par les joues, une telle réduction des dimensions du lien implique de réduire l’entreflasque.
Un élément limitant de la réduction de l’entreflasque est l’épaisseur du mandrin, c’est-à-dire sa dimension parallèle à l’axe de rotation de la bobine.
En effet, une réduction de l’épaisseur du mandrin entraîne une réduction de la rigidité de la bobine, qui se traduit par une augmentation de l’amplitude de déplacement des extrémités distales des bras par rapport au mandrin notamment sous l’effet d’une sollicitation axiale, qu’elle soit statique ou dynamique telle que du vent.
Par ailleurs, une épaisseur importante du mandrin rend sa fabrication onéreuse. En effet, pour une épaisseur supérieure typiquement à 25 mm, les procédés de découpe de tôle par laser ne sont pas adaptés et doivent être remplacés par des procédés présentant des limitations techniques et/ou plus onéreux, tels que l’oxycoupage ou le perçage par une perceuse à colonne.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de concevoir une bobine présentant une rigidité améliorée et une masse réduite tout en étant fabriquée à moindre coût.
En particulier, une telle bobine pourra être adaptée pour recevoir un lien de faible largeur (par exemple de l’ordre de 20 à 40 mm) sans que sa rigidité ne soit dégradée par rapport aux bobines connues.
A cet effet, l’invention propose une bobine pour l'enroulement et le déroulement d'un lien, comprenant :
- un mandrin s’étendant autour d’un axe de rotation de la bobine,
- une pluralité de paires de bras latéraux s’étendant de part et d’autre du mandrin, jouant ensemble le rôle de joues définissant entre elles un volume d’enroulement du lien,
ladite bobine étant caractérisée en ce qu’elle comprend une bride fermée fixée sur chacun des bras constituant l’une desdites joues, ladite bride présentant une épaisseur comprise entre 10 et 40 mm.
Par « fermée » on entend que la bride présente une forme continue se refermant sur elle-même. Considérée en coupe dans un plan orthogonal à l’axe de rotation de la bobine, autour duquel elle s’étend, la bride est donc délimitée par un contour intérieur fermé et un contour extérieur fermé, la distance entre les deux contours étant définie comme la largeur de la bride. La bride peut présenter une forme annulaire, c’est-à-dire avec des contours intérieur et extérieur circulaires concentriques, mais elle n’est pas limitée à cette forme particulière des contours. D’une manière plus générale, les contours intérieur et extérieur de la bride peuvent comprendre des portions courbes et/ou des portions rectilignes.
De manière particulièrement avantageuse, ladite bride présente une épaisseur adaptée pour être découpée par un laser, par exemple comprise entre 10 et 25 mm.
De préférence, la bride présente une épaisseur identique à celle du mandrin.
Selon un mode de réalisation, le mandrin présente une épaisseur comprise entre 20 et 40 mm.
Selon un mode de réalisation préféré, la forme extérieure du mandrin coïncide avec la forme intérieure de la bride.
La bride peut présenter une largeur comprise entre 30 et 100 mm.
Selon un mode de réalisation, la bride est fixée sur chaque bras constituant l’une des joues par des tiges filetées ou des vis, chaque tige filetée ou vis passant au travers d’un trou oblong de la bride et d’un trou oblong du bras respectif, lesdits trous oblongs étant orientés selon des directions sensiblement orthogonales.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une bobine telle que décrite ci-dessus.
Ledit procédé comprend les étapes suivantes :
(a) la fourniture du mandrin et de la bride ;
(b) la fixation des bras de part et d’autre du mandrin pour former deux joues ;
(c) la fixation de la bride sur les bras constituant l’une des joues.
Selon une forme d’exécution préférée, lequel l’étape (a) comprend la découpe du mandrin et de la bride dans une même tôle métallique, la bride s’étendant autour du mandrin.
De manière particulièrement avantageuse, la découpe de l’étape (a) est réalisée par un laser.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue en perspective d’une bobine connue ;
est une vue de face de la bobine de la figure 1 ;
est une vue en coupe de la bobine de la figure 1 ;
est une vue en perspective d’une bobine selon un mode de réalisation de l’invention ;
est une vue en coupe de la bobine de la figure 4 ;
est une vue de détail de la bobine de la figure 4 ;
illustre les déplacements (en mm) des bras pour une bobine de type connu dont l’épaisseur du mandrin est de 20 mm, calculés par une simulation numérique ;
illustre les déplacements (en mm) des bras pour une bobine conforme à l’invention dont l’épaisseur du mandrin est de 20 mm, calculés par une simulation numérique.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION
En référence aux figures 5 et suivantes, la bobine comprend un mandrin 10 s’étendant autour d’un axe X de rotation de la bobine.
Selon un mode de réalisation préféré, le mandrin 10 présente une forme cylindrique de révolution, dont l’axe est confondu avec l’axe X. De manière alternative, la forme extérieure du mandrin peut être constituée d’une pluralité de facettes, s’étendant chacune dans un plan parallèle à l’axe X ; de préférence, les différentes facettes sont toutes situées à égale distance de l’axe X.
Le mandrin 10 présente deux faces opposées orthogonales à l’axe X.
Le mandrin est typiquement découpé dans une tôle métallique.
L’épaisseur du mandrin, c’est-à-dire la distance entre les deux faces opposées, est typiquement comprise entre 20 et 40 mm.
De manière connue en elle-même, la bobine comprend en outre deux joues qui s’étendent de part et d’autre du mandrin. Les joues définissent entre elles un volume d'enroulement du lien, adapté pour contenir latéralement les spires dudit lien. L’entreflasque est défini en fonction de la largeur du lien à enrouler sur la bobine. Plus précisément, dans le cas d’une bobine mono-spire, l’entreflasque est légèrement supérieur à la largeur du lien pour tenir compte des tolérances dimensionnelles liées à la fabrication du lien ; dans le cas d’une bobine multi-spire, destinée à recevoir plusieurs spires adjacentes, l’entreflasque est légèrement supérieur à la somme des largeurs des liens adjacents. Ainsi, les joues guident l’enroulement et le déroulement du lien.
Chaque joue est constituée par un ensemble de bras latéraux 20a ou 20b qui s’étendent radialement à partir du mandrin. La partie proximale de chaque bras est rigidement solidaire d’une face respective du mandrin, par exemple au moyen de tiges filetées. En pratique, les bras formant l’une des joues peuvent être fixés directement à une face du mandrin, tandis que les bras de l’autre joue peuvent être fixés à une distance déterminée de la face opposée du mandrin pour obtenir l’entreflasque souhaité. Cette distance peut en particulier être ajustée au moyen d’un dispositif de réglage de l’entreflasque tel que décrit dans le document WO 2014/167105.
Chaque joue est plane, c’est-à-dire que les faces des bras opposées au mandrin sont coplanaires, et s’étendent dans un plan orthogonal à l’axe X de rotation du mandrin.
Dans le présent texte, les termes « proximal » et « distal » désignent un élément relativement proche ou éloigné du mandrin.
Les bras sont par exemple formés par pliage d’une tôle métallique ou peuvent être issus de profilés métalliques.
Le lien peut présenter une section ronde (auquel cas la largeur et l’épaisseur du lien sont égales à son diamètre), ce qui est notamment le cas pour les bobines multi-spires, sensiblement rectangulaire (auquel cas la largeur du lien est la dimension qui s’étend selon l’axe X et l’épaisseur est la dimension perpendiculaire à la largeur), ou toute autre section en fonction de l’application visée.
La structure de la bobine est rigidifiée par des viroles, à savoir :
- une virole intérieure 30, située à une première distance du mandrin, et
- une paire de viroles extérieures 31a, 31b dans laquelle chaque virole est fixée à un bras d’une joue respective à une seconde distance du mandrin, supérieure à la première distance. Par exemple, les viroles extérieures peuvent être fixées à l’extrémité distale des bras.
Chaque virole peut être constituée d’un seul tenant ou bien d’une pluralité de portions s’étendant chacune selon un secteur angulaire autour de l’axe X.
Selon un mode de réalisation avantageux, chaque virole peut comprendre une portion démontable, tel que décrit dans le document WO 2015/071341.
La bobine comprend une surface portante adaptée pour recevoir les spires du lien, la spire intérieure étant au contact de ladite surface portante. La surface portante présente en général une forme cylindrique ou spiralée. La surface portante peut notamment faire partie du mandrin (il s’agit alors de la surface cylindrique du mandrin ou d’une surface ajoutée, rigidement solidaire du mandrin) ou de la virole intérieure (chaque portion de virole présentant alors une surface sous la forme d’une portion de cylindre ou de spirale, l’assemblage des différentes portions formant une surface cylindrique ou spiralée continue, qui est la surface portante).
Conformément à l’invention, une bride fermée 40 est par ailleurs fixée sur les bras 20a. La bride peut, par exemple, être formée par découpe d’une tôle métallique. La bride est ainsi plane. La bride présente de préférence une épaisseur constante.
La bride présente typiquement une épaisseur comprise entre 10 et 40 mm, de préférence comprise entre 10 et 25 mm.
De manière particulièrement avantageuse, la bride est découpée dans la même tôle que le mandrin. Il suffit ainsi d’une découpe (par exemple au laser) selon la forme extérieure du mandrin – qui coïncide également avec la forme intérieure de la bride, et une découpe selon la forme extérieure de la bride, pour former à la fois le mandrin et la bride et ce, sans perte de matière hormis les éventuelles chutes correspondant à la tôle située à l’extérieur de la bride.
Le mandrin et la bride peuvent être formés à partir d’une tôle d’acier inoxydable. De manière alternative, le mandrin et la bride peuvent être formés à partir d’une tôle d’acier, puis recevoir un traitement protecteur, par exemple par galvanisation ou peinture.
La bride est pourvue d’orifices 400 pour le passage de tiges filetées ou vis 41 nécessaires à la fixation de la bride sur les bras. De même, chaque bras est pourvu, à l’emplacement prévu pour la bride, d’un orifice 200 pour le passage desdites tiges filetées ou vis. De préférence, pour prendre en compte d’éventuelles dispersions dimensionnelles éventuelles, les orifices 200 et 400 sont oblongs. De manière encore préférée, comme illustré sur la figure 6, chaque orifice oblong 200 est orienté sensiblement perpendiculairement à l’orifice oblong 400 correspondant, ce qui permet d’absorber des dispersions dimensionnelles dans deux directions. Typiquement, les orifices oblongs 200 s’étendent selon une tangente à un cercle médian de la bride, et les orifices oblongs 400 s’étendent dans le sens de la longueur des bras 20a.
La largeur de la bride est choisie suffisamment grande pour permettre le passage des tiges filetées et pour présenter une tenue mécanique adéquate. Typiquement, la largeur de la bride est comprise entre 30 et 100 mm pour un diamètre extérieur de 1000 à 3000 mm. La largeur de la bride est de préférence constante.
Une telle bride, en reliant les bras d’une même joue entre eux, a une fonction de reprise des efforts exercés sur les bras, ce qui a pour effet d’augmenter la rigidité de la bobine et d’augmenter également sa stabilité lors de son levage de la position horizontale (qui est typiquement la position dans laquelle la bobine est assemblée) vers la position verticale (qui est la position d’utilisation habituelle de la bobine). La bride joue ainsi le rôle d’un renfort.
Ainsi, la présence de la bride permet de diminuer l’épaisseur du mandrin sans pénaliser la rigidité de la bobine, ce qui procure un gain significatif en masse et en coût de la bobine. Cette rigidification pouvant être obtenue avec des tôles de relativement faible épaisseur, notamment inférieure à 25 mm, elle permet d’utilisation de procédés de découpe par laser.
Exemple
L’effet de la bride fermée décrite plus haut sur la rigidité de la bobine a été vérifié au moyen de simulations numériques.
La bobine faisant l’objet de ces simulations présente un mandrin de 20 mm d’épaisseur. Par rapport à une bobine connue dont le mandrin présente une épaisseur de 40 mm, cette bobine présente une masse réduite, un coût inférieur, et permet d’enrouler un câble de faible largeur, c’est-à-dire de l’ordre de 20 mm.
Les simulations visent à vérifier la tenue de la bobine en réponse à un effort du vent.
L’effort Fv du vent exercé par le vent sur le mandrin est défini par la formule :
où ρ est la masse volumique du fluide, en l’occurrence, l’air ; ρ = 1,28 kg/m3,
Cxest le coefficient de trainée de la bobine ; Cxest égal à 1,2, soit le coefficient de trainée d’un disque,
V est la vitesse du vent (en m/s) ; dans la simulation, on tolère une vitesse maximale de 70 m/s,
S est la surface du lien enroulé sur la bobine :
On obtient : Fv = 160756 N
On applique cet effort sur tous les bras et on calcule le déplacement maximal au niveau de la virole extérieure. On obtient :
- pour la bobine avec le mandrin de 40 mm, un déplacement maximal de 60 mm,
- pour la bobine avec le mandrin de 20 mm (sans la bride), un déplacement maximal de 508 mm (cf. figure 7A).
Ceci montre que la réduction de l’épaisseur du mandrin a pour effet d’augmenter considérablement le déplacement de l’extrémité distale des bras, ce qui est préjudiciable à la tenue mécanique de la bobine et à son utilisation notamment sous l’effet d’un vent fort.
Des simulations sont ensuite effectuées avec une bobine selon l’invention. Cette bobine comprend un mandrin de 20 mm d’épaisseur. La bride et le mandrin sont découpés dans une même tôle de 2 m x 2 m. Dans cette simulation, le mandrin présente une forme circulaire et la bride présente une forme annulaire dont la forme intérieure coïncide avec la forme du mandrin. Le diamètre extérieur du mandrin est de 1850 mm, correspondant au diamètre intérieur de la bride, et le diamètre extérieur de la bride est de 1975 mm.
Grâce à cette bride de renfort, le déplacement maximal à l’extrémité distale des bras sous un vent de 70 m/s est de 27 mm (cf. figure 7B), c’est-à-dire réduit d’un facteur 18 par rapport à la bobine dépourvue de la bride.
WO 2014/167105
WO 2015/071341

Claims (11)

  1. Bobine pour l'enroulement et le déroulement d'un lien, comprenant :
    - un mandrin (10) s’étendant autour d’un axe (X) de rotation de la bobine,
    - une pluralité de paires de bras latéraux (20a, 20b) s’étendant de part et d’autre du mandrin (10), jouant ensemble le rôle de joues définissant entre elles un volume d’enroulement du lien,
    ladite bobine étant caractérisée en ce qu’elle comprend une bride (40) fermée fixée sur les bras (20a) constituant l’une desdites joues, ladite bride présentant une épaisseur comprise entre 10 et 40 mm.
  2. Bobine selon la revendication 1, dans lequel ladite bride (40) présente une épaisseur adaptée pour être découpée par un laser, par exemple comprise entre 10 et 25 mm.
  3. Bobine selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite bride (40) présente une épaisseur identique à celle du mandrin (10).
  4. Bobine selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le mandrin présente une épaisseur comprise entre 20 et 40 mm.
  5. Bobine selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle la forme extérieure du mandrin coïncide avec la forme intérieure de la bride.
  6. Bobine selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la bride (40) présente une largeur comprise entre 30 et 100 mm.
  7. Bobine selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la bride (40) est fixée sur chaque bras (20a) constituant l’une des joues par des tiges filetées ou des vis (41), chaque tige filetée ou vis passant au travers d’un trou oblong (400) de la bride et d’un trou oblong (200) du bras (20a) respectif, lesdits trous oblongs (400, 200) étant orientés selon des directions sensiblement orthogonales.
  8. Bobine selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la bride (40) présente une forme annulaire.
  9. Procédé de fabrication d’une bobine selon l’une des revendications 1 à 8,
    (a) la fourniture du mandrin (10) et de la bride (40) ;
    (b) la fixation des bras (20a, 20b) de part et d’autre du mandrin (10) pour former deux joues ;
    (c) la fixation de la bride (40) sur les bras (20a) constituant l’une des joues.
  10. Procédé selon la revendication 8, pour fabriquer une bobine selon la revendication 3, dans lequel l’étape (a) comprend- la découpe du mandrin (10) et de la bride (40) dans une même tôle métallique, la bride (40) s’étendant autour du mandrin (10)
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la découpe de l’étape (a) est réalisée par un laser.
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