WO1998025844A1 - Machine d'enroulement d'un element plat continu pour former des bobines - Google Patents

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WO1998025844A1
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Innocente Marchante
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Darlet Marchante Technologie S.A.
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Abstract

Une machine d'enroulement d'un élément continu en forme de feuille pour constituer des bobines est équipée d'un dispositif de découpe de la feuille pour passer d'une bobine à une autre, du type comprenant un bâti (3) sur lequel est monté un barillet (2) équipé d'au moins deux broches (1) parallèles et associées chacune à des moyens d'entraînement en rotation connus en soi, la rotation du barillet permettant simultanément l'évacuation d'une bobine pleine et l'amenée au poste d'enroulement d'une broche vide, et un chariot (5) déplaçable perpendiculairement à l'axe des broches et portant lui-même des cylindres d'alimentation de la machine en feuille à enrouler. Le chariot (5) de la machine comporte un cylindre (16) de mesure de tension sur laquelle la feuille (F) arrive sensiblement à l'horizontale, un cylindre (14) de contact avec la bobine au poste d'enroulement, dispose en-dessous du cylindre (16) de mesure de tension, sensiblement à la verticale de celui-ci, et un dispositif (11) de découpe dispose entre les deux cylindres (16, 14) respectivement de mesure de tension et de contact, en amont du point d'enroulement sur la broche ou la bobine à former.

Description

MACHINE D'ENROULEMENT D' UN ELEMENT PLAT CONTINU POUR
FORMER DES BOBINES
La présente invention a pour objet une machine d'enroulement, ou enrouleuse, d'un élément plat continu pour former des bobines. Les enrouleuses sont utilisées dans un très grand nombre de branches de l'industrie où les machines et procédés mis en oeuvre aboutissent à la fabrication en continu d'un élément plat de plus ou moins grande largeur et d'épaisseur variable. Les éléments plats produits par les lignes de fabrication doivent être enroulés de façon à pouvoir être aisément transportés vers les étapes de transformation ultérieures.
C'est le cas en particulier dans les procédés industriels et les machines permettent la fabrication en continu de tissus, papiers, plaques, feuilles et films plastiques, non tissés, etc.. Pour des raisons de simplicité, c'est le terme "feuille" qui est utilisé ci-après pour désigner ces différents types d'éléments plats. Dans le domaine des matières plastiques, les enrouleuses sont utilisées systématiquement à la fin des lignes de fabrication de film plastique dans des matières aussi diverses que le polypropylène, le polyester, le PVC, le polyéthylène, les feuilles complexes coextrudées, etc ... La plus grande partie de ces procédés industriels se déroulent de façon continue, les machines n'étant pratiquement jamais arrêtées, sauf pour des opérations de maintenance qui sont espacées de plusieurs semaines, sinon de plusieurs mois.
Par ailleurs, pour qu'elles restent manipulables, ainsi que pour d'autres raisons liées à la technique des enrouleuses, il n'est pas possible d'accroître de façon illimitée le diamètre des bobines du produit enroulé. Il est donc nécessaire que les enrouleuses utilisées sur les lignes de fabrication en continu soient équipées de dispositifs permettant, sans interruption de la production, le passage d'une bobine pleine, lorsque celle- ci a atteint le diamètre prévu, à une nouvelle bobine vide. Il est évident qu'une telle opération qui doit se faire en continu, nécessite qu'à un moment donné, la feuille soit découpée à la vitesse de production de la ligne, et conduite par des dispositifs appropriés sur le mandrin de la nouvelle bobine à ré-alimenter. Ce sont ces dispositifs qui sont appelés systèmes de découpe de feuilles pour changement automatique de bobines sur enrouleuse. Les enrouleuses permettant ce type d'application présentent toutes un certain nombre d'éléments communs qui sont les suivants :
Comme montré à la figure 1 , plusieurs broches d'enrouleuse (1 ), généralement deux, sont munies chacune de leur dispositif d'entraînement, et sont montées de façon solidaire sur un ensemble rotatif appelé barillet (2) monté sur un bâti (3).
Chaque broche ( 1 ), avec son dispositif d'entraînement associé reçoit à un moment donné la feuille (F) arrivant en continu de la ligne de production, le système d'entraînement et sa régulation délivrant sur la broche le couple nécessaire pour que la feuille soit entraînée à la vitesse désirée et sous la tension désirée. Les dispositifs nécessaires à la régulation du couple sont soit des rouleaux danseurs, soit des systèmes de jauge de tension électroniques situés en amont de la broche ( 1 ) et chargés de mesurer en continu la tension de la feuille (F) de façon à asservir le moteur en fonction d'une loi d'enroulement établie à l'avance.
Dans d'autres types d'enrouleuses dont il sera fait mention ultérieurement, la broche elle-même n'est pas entraînée, mais c'est un rouleau de contact (4), lui-même entraîné, qui délivre le couple nécessaire à l'enroulement. Lorsque la quantité de produit enroulé sur une broche est telle que le diamètre maximum a été atteint, par une opération de rotation du barillet (2), sans découpe de la feuille (F), la broche vide, qui a été amenée entre-temps par son propre système de régulation à la vitesse désirée, vient en contact de la feuille (F) à enrouler, la bobine pleine se trouvant alors en position dite de déchargement, mais continuant à entraîner le produit, comme montré à la figure 1 .
C'est à ce moment qu'intervient le dispositif de découpe automatique permettant de faire passer la feuille, sans diminution de la vitesse de production, de la bobine pleine vers la broche à alimenter. La façon dont est constitué ce dispositif dépend beaucoup de la façon dont sont constitués les éléments qui précèdent l'ensemble barillet/broche et dont la fonction est d'alimenter le produit à enrouler de façon convenable tout en permettant la régulation des dispositifs d'entraînement. Ces dispositifs d'entraînement sont constitués généralement de un ou plusieurs cylindres remplissant chacun des fonctions bien définies et qui sont généralement solidaires d'un chariot mobile (5) permettant aux cylindres indiqués ci-dessus de maintenir une disposition géométrique constante lors de la croissance du diamètre de la bobine au fur et à mesure de l'enroulement. La figure 2 représente une variante de la machine de figure 1.
De telles machines sont utilisées lors de l'enroulement de feuilles plastiques de grande largeur (jusqu'à 8 et 9 mètres de large), pour des films minces d'épaisseur comprise entre 5 et 100 microns, mais généralement entre 10 et 30, et à des vitesses atteignant plusieurs centaines de mètres par minute.
Comme montré à la figure 2, pour l'enroulement de ce type de produit, il est généralement nécessaire de prévoir sur le chariot (5) au moins deux cylindres, dont un premier cylindre (6), dit de mesure de tension, est équipé d'une jauge électronique de mesure en continu de la tension de la feuille (F), ou précédé d'un rouleau danseur remplissant la même fonction. Ce cylindre (6) doit être positionné de telle façon que la feuille aborde le cylindre en position horizontale (soit par le dessus, soit par le dessous) de façon à ce que, lors du déplacement du chariot consécutif à l'accroissement du diamètre de la bobine, l'angle d'embarrage de la feuille autour du cylindre ne soit pas modifié de façon à ce que la lecture de la tension ne soit pas perturbée par la modification d'embarrage.
Un deuxième cylindre, dit cylindre de contact (4) est en outre nécessaire pour guider la feuille jusqu'au point d'enroulement. Deux types d'enroulement sont fréquemment utilisés, l'enroulement dit contact, comme montré à la figure 3, au cours duquel le cylindre de contact exerce une pression légère sur la bobine en train de s'enrouler, de façon à évacuer l'air qui risquerait sinon de se trouver enfermé en grande quantité dans la bobine du fait de la vitesse d'enroulement de la feuille, et l'enroulement dit "en gap", comme montré à la figure 4, dans lequel le cylindre de contact (4) se trouve à une distance courte et maintenue à peu près constante du point d'enroulement. Ce type d'enroulement est préféré lorsque la vitesse est faible car le risque d'emprisonnement d'air est alors faible, ou bien lorsque l'épaisseur du produit à enrouler n'est pas très régulière et qu'un fonctionnement du type contact serait susceptible d'endommager le produit enroulé. Dans des dispositifs simplifiés, seul un cylindre est utilisé, la mesure de tension ayant lieu en amont ou à l'entrée de l'enrouleuse.
Dans des dispositifs plus complexes, aux deux cylindres précédemment indiqués sont adjoints soit des cylindres danseurs, soit des cylindres (8), dits déplisseurs, qui se trouvent également montés sur le chariot (5).
La feuille alimentée de préférence de façon horizontale peut passer soit au-dessus, soit au-dessous de l'ensemble des cylindres montés sur le chariot. Ce choix a des conséquences très importantes quant à la nature du système de découpe.
Si la feuille est alimentée par le dessous des cylindres du chariot, elle se trouvera naturellement amenée à passer au-dessus de la broche à ré-alimenter. Dans le cas inverse, la feuille se trouvera passer en- dessous de la broche à ré-alimenter. Ce sens de passage influence donc de façon directe la position des systèmes de découpe qui, dans les systèmes traditionnels représentant l'état de la technique, se trouvent obligatoirement du côté de la broche qui voit passer la feuille.
La figure 5 montre une enrouleuse équipée d'un dispositif de découpe. Ce dispositif de découpe doit être mis en oeuvre automatiquement au moment où la découpe est désirée, la découpe devant être assurée de telle façon qu'elle perturbe le moins possible le déroulement de la feuille, le point de découpe devant être choisi de telle façon que la feuille, immédiatement après la découpe, ou dans le cas d'une découpe progressive, la pointe correspondant au début de la découpe, puisse aisément s'enrouler autour de la broche (1 ) à ré-alimenter de façon à assurer le démarrage de la bobine. Pour aboutir à cet objectif, il est généralement nécessaire que le dispositif de découpe prévoit des rouleaux d'embarrage (9) amenant la feuille (F) à proximité de la broche (1 ) à alimenter. Le dispositif doit prévoir, outre le système de découpe par lame fixe (10) ou par couteaux mobiles, des moyens de guidage de la feuille contre la nouvelle broche et qui sont soit des jets d'air, soit des systèmes de balais, soit des systèmes dits électrostatiques (1 1 ) générant à la surface de la feuille des charges électrostatiques assurant le contact de la feuille découpée avec la broche métallique à ré-alimenter. Dans certains cas, des bandes adhésives ou éventuellement des jets de liquide vaporisé sont utilisés pour assurer un contact fiable.
La multiplicité des fonctions à remplir par le dispositif de découpe fait que celui-ci est généralement complexe, lourd et que son fonctionnement n'est assuré qu'à condition que la disposition dans l'espace de tous les éléments qui constituent la broche à ré-alimenter la feuille et le système de découpe à proprement parler soient très bien définis.
C'est la raison pour laquelle ces dispositifs sont généralement situés à proximité immédiate, mais juste après, la broche à ré-alimenter. En effet, la position de cette broche est bien définie grâce au système de bâti (3) et de barillet (2), la position de la feuille (F) est bien définie grâce au chariot mobile (5), enfin les rouleaux d'embarrage (9) montés sur le dispositif de découpe automatique permettent de positionner la feuille (F) quasiment indépendamment du diamètre de la bobine terminée.
Ce dernier point a une conséquence très néfaste pour l'exploitation des lignes de production car il impose que la découpe et le changement de bobine ne puissent se faire de façon automatique que sur broche vide, de façon à ce que la géométrie indiquée ci-dessus soit parfaitement définie.
Or, dans la quasi totalité des procédés industriels mettant en jeu des feuilles minces de grande largeur et à grande vitesse, il se produit de façon aléatoire un certain nombre d'incidents de production qui se traduisent parfois par des ruptures de la feuille, par suite par exemple de la présence d'un corps étranger dans la feuille ou à la suite d'une erreur de manipulation sur la ligne de fabrication, ou pour quelqu'autre raison que ce soit. Généralement, les conditions de production pouvant être rétablies de façon quasi instantanée, la feuille se trouve à nouveau disponible et prête à être enroulée très rapidement après la rupture. Si cette rupture s'est produite peu de temps après qu'une bobine ait été commencée, celle-ci se trouve avoir un diamètre peu important, et l'obligation de n'utiliser le dispositif de découpe automatique qu'à proximité d'une broche vide fait qu'il est obligatoire, avec les dispositifs actuellement conçus, de relancer la bobine sur une nouvelle broche. Lorsque ceci se produit, la perte de production que représente la casse et qui est généralement faible, se trouve augmentée de façon dramatique par le fait que la bobine précédemment démarrée n'a pas un diamètre suffisant pour pouvoir être utilisée de façon économiquement valable dans les processus de transformation ultérieurs.
Cet aspect peut être encore augmenté si, ce qui se produit malheureusement quelques fois, une deuxième casse se produit à nouveau avant que la nouvelle bobine ait atteint un diamètre économiquement valable. Dans ce cas, c'est la totalité de la production correspondant aux deux bobines commencées, mais insuffisamment complétées, qui est perdue. Le but de l'invention est de fournir une machine d'enroulement disposant d'un dispositif permettant d'éviter les pertes de production en permettant la découpe automatique d'une feuille en fin d'enroulement d'une bobine et en vue de son enroulement sur une broche vide destinée à supporter une autre bobine, et permettant également un début d'enroulement non pas sur une broche vide, comme tel est le cas avec les dispositifs existants, mais sur une bobine déjà commencée, quel que soit le diamètre de la bobine considérée.
A cet effet, la machine qu'elle concerne, du type comprenant un bâti sur lequel est monté un barillet équipé d'au moins deux broches parallèles et associées chacune à des moyens d'entraînement en rotation connus en soi, la rotation du barillet permettant simultanément l'évacuation d'une bobine pleine et l'amenée au poste d'enroulement d'une broche vide, et un chariot déplaçable perpendiculairement à l'axe des broches et portant lui-même des cylindres d'alimentation de la machine en feuille à enrouler, est caractérisée en ce que le chariot comporte :
- un cylindre de mesure de tension sur laquelle la feuille arrive sensiblement à l'horizontale,
- un cylindre de contact avec la bobine au poste d'enroulement, disposé en-dessous du cylindre de mesure de tension, sensiblement à la verticale de celui-ci, et
- un dispositif de découpe disposé entre les deux cylindres respectivement de mesure de tension et de contact, en amont du point d'enroulement sur la broche ou la bobine à former.
Le dispositif de découpe étant situé entre le cylindre de mesure de tension et le cylindre de contact, c'est-à-dire avant le point d'enroulement sur la broche ou sur la bobine à ré-alimenter, la position de la feuille à découper est parfaitement définie, quel que soit le diamètre de la broche ou de la bobine sur laquelle la feuille doit être réalimentée.
Suivant une caractéristique de l'invention, les cylindres de mesure de tension et de contact sont motorisés. La feuille se trouve donc parfaitement contrôlée en tension du fait de la proximité du cylindre de tension, et est bien pressée contre la broche ou la bobine à ré-alimenter par le cylindre de contact.
Pour la mise en oeuvre de ce type de découpe, il est intéressant d'utiliser des couteaux mobiles, dont la vitesse de déplacement est sensiblement égale à la vitesse de défilement de la feuille. Dans ces conditions, l'angle de la découpe forme avec l'axe de dévidement de la feuille un angle de 45 ° , ce qui facilite la mise en place de la feuille sur la broche ou la bobine à ré-alimenter, puisque cette partie à mettre en place forme une pointe. Avantageusement, la machine est équipée de moyens de commande qui provoquent, avant la découpe, une augmentation de la tension de la feuille dans la zone comprise entre le cylindre de mesure de tension et le point d'enroulement en agissant sur la vitesse d'entraînement de la broche et/ou du cylindre de mesure de tension, et une augmentation de la pression d'application du cylindre de contact sur la broche ou la bobine. Les conditions de découpe et d'enroulement sur le nouveau support sont parfaitement remplies grâce à l'augmentation de la tension de la feuille et à l'augmentation de la pression d'application du cylindre de contact contre la broche ou la bobine à ré-alimenter. La feuille se présente ainsi parfaitement à plat avec une légère surpression propice à une bonne pénétration des couteaux et à une découpe franche et rapide. La pointe découpée, entraînée par la vitesse propre de la feuille, pénètre très rapidement entre les deux cylindres. Afin de s'assurer qu'elle s'enroule sur la broche ou sur la bobine et non autour du cylindre de contact, il est prévu un dispositif de désionisation, qui est activé juste avant la découpe, pour éliminer les charges électriques de la surface du cylindre de contact.
En outre, toujours afin de favoriser l'enroulement de l'extrémité de la feuille sur la bobine ou sur la broche, le dispositif de coupe comporte, à proximité du guide des couteaux, une barre d'ionisation s'étendant transversalement à la feuille, activée juste avant la découpe pour charger électrostatiquement la feuille et créer une attraction entre la partie découpée et la broche d'enroulement.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette machine :
Figures 1 et 2 sont deux vues très schématiques d'une enrouleuse ;
Figures 3 et 4 sont deux vues illustrant deux possibilités d'alimentation de la broche sur laquelle l'enroulement doit être réalisé ;
Figure 5 est une vue d'une enrouleuse équipée d'un dispositif de découpe connu ;
Figure 6 est une vue d'une enrouleuse équipée du dispositif de découpe suivant l'invention ; Figure 7 est une vue partielle en perspective de la partie de la machine comportant le dispositif de découpe.
La figure 6 représente une enrouleuse du même type que celles décrites précédemment, et dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans l'enrouleuse selon l'invention, le chariot 5 est équipé d'un cylindre 16 horizontal de mesure de tension, sur lequel la feuille F arrive sensiblement à l'horizontale. Le chariot 5 porte également un cylindre horizontal 14, qui est un cylindre de contact avec la bobine B formée sur la broche 1 ou avec la broche 1 , avant formation de la bobine. Le cylindre 14 est parallèle au cylindre 16, disposé en-dessous de celui-ci, et sensiblement à la verticale de ce cylindre. Entre les cylindres 16 et 14, qui sont proches l'un de l'autre, est placé un dispositif de découpe 1 1 . Ce dispositif de découpe comprend un rail sur lequel sont montés déplaçables des couteaux 12 destinés à réaliser la découpe de la feuille. Juste au- dessus des supports des couteaux 12 est disposée une barre d'ionisation 1 5, qui est destinée à être activée juste avant la découpe pour charger électrostatiquement la feuille F et créer une attraction entre la partie découpée de celle-ci et la broche d'enroulement 1 ou la bobine B selon les cas. Du côté du cylindre 14 opposé à la broche 1 est montée une barre 13 de désionisation, qui est activée juste avant la découpe, pour éliminer les charges électriques de la surface du cylindre de contact.
En pratique, lorsque l'enroulement d'une feuille doit être réalisée sur un nouveau support, broche 1 ou bobine B, dans la mesure où il y a eu rupture de la feuille d'enroulement sur cette bobine, il est procédé à une augmentation de la tension de la feuille F, dans la zone comprise entre le cylindre de mesure 1 6 et la broche 1 par modification des vitesses de rotation relatives de ces deux éléments, ainsi qu'à une légère augmentation de la pression du cylindre de pression 14, qui peut être un cylindre de contact, ou un cylindre fonctionnant en "gap" . Il est procédé, juste avant la découpe, à l'alimentation de la barre 13 de désionisation et à l'alimentation de la barre 1 5 d'ionisation. Ainsi, la découpe s'effectue sur une surface tendue, permettant une découpe franche, l'extrémité découpée ayant tendance, compte tenu de la vitesse de la feuille, de la proximité du cylindre 14 et de la broche 1 , et des charges électriques respectives du cylindre 14 et de la feuille, à s'enrouler sur la broche ou sur la bobine, dans la mesure où il s'agit de ré-alimenter une bobine déjà commencée. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une machine d'enroulement d'un élément continu pour constituer des bobines, permettant la découpe sans arrêt de l'enroulement, et permettant également de réaliser un début d'enroulement, non seulement sur une broche vide, mais également sur une bobine sur laquelle l'enroulement a déjà commencé.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette machine, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le nombre de broches portées par le barillet pourrait être différent, ou encore que les moyens de découpe pourraient ne pas être constitués par des couteaux, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine d'enroulement d'un élément continu en forme de feuille pour constituer des bobines, équipée d'un dispositif de découpe de la feuille pour passer d'une bobine à une autre, du type comprenant un bâti (3) sur lequel est monté un barillet (2) équipé d'au moins deux broches (1 ) parallèles et associées chacune à des moyens d'entraînement en rotation connus en soi, la rotation du barillet permettant simultanément l'évacuation d'une bobine pleine et l'amenée au poste d'enroulement d'une broche vide, et un chariot (5) déplaçable perpendiculairement à l'axe des broches et portant lui-même des cylindres d'alimentation de la machine en feuille à enrouler, caractérisée en ce que le chariot comporte :
- un cylindre (16) de mesure de tension sur laquelle la feuille (F) arrive sensiblement à l'horizontale,
- un cylindre (14) de contact avec la bobine au poste d'enroulement, disposé en-dessous du cylindre (16) de mesure de tension, sensiblement à la verticale de celui-ci, et
- un dispositif (1 1 ) de découpe disposé entre les deux cylindres (16, 14) respectivement de mesure de tension et de contact, en amont du point d'enroulement sur la broche ou la bobine à former.
2. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les cylindres (16, 14) de mesure de tension et de contact sont motorisés.
3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de découpe comprend des couteaux mobiles (12) déplaçables transversalement à la direction d'avance de la feuille.
4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la vitesse de déplacement des couteaux mobiles (12) est sensiblement égale à la vitesse de défilement de la feuille (F).
5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ses moyens de commande provoquent, avant la découpe, une augmentation de la tension de la feuille dans la zone comprise entre le cylindre (16) de mesure de tension et le point d'enroulement en agissant sur la vitesse d'entraînement de la broche (1 ) et/ou du cylindre (16) de mesure de tension, et une augmentation de la pression d'application du cylindre de contact (14) sur la broche (1 ) ou la bobine.
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, à proximité du cylindre de contact (14), un dispositif de désionisation (13), qui est activé juste avant la découpe, pour éliminer les charges électriques de la surface du cylindre de contact.
7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de coupe (1 1 ) comporte, à proximité du guide des couteaux (12), une barre d'ionisation (15) s'étendant transversalement de la feuille, activée juste avant la découpe pour charger électrostatiquement la feuille et créer une attraction entre la partie découpée et la broche d'enroulement (1 ).
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