WO2008012466A2 - Roue de coupe perfectionnee - Google Patents

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WO2008012466A2
WO2008012466A2 PCT/FR2007/051708 FR2007051708W WO2008012466A2 WO 2008012466 A2 WO2008012466 A2 WO 2008012466A2 FR 2007051708 W FR2007051708 W FR 2007051708W WO 2008012466 A2 WO2008012466 A2 WO 2008012466A2
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cutting wheel
fins
rings
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Dominique Font
Michel Oudart
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Ocv Intellectual Capital, Llc
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    • Y10T83/4795—Rotary tool
    • Y10T83/483—With cooperating rotary cutter or backup
    • Y10T83/4838—With anvil backup

Definitions

  • the present invention relates to the field of manufacturing cut son high performance material, or son thermoplastic material, including glass son, and more specifically relates to improvements made to a cutting wheel.
  • a cutting device most often constituted by a "cutting wheel” equipped with a multitude of blades whose relative spacing contributes cutting the fiber to the desired length and a cutting wheel referred to as “anvil wheel” usually consisting of an elastomeric tire overmoulded or attached to a removable rim fixed on the cutting machine.
  • anvil wheel usually consisting of an elastomeric tire overmoulded or attached to a removable rim fixed on the cutting machine.
  • the continuous cutting of the fiber is obtained by the high speed rotation of this wheel assembly and the pressurization of the cutting wheel on the anvil wheel by means of a suitable clamping means.
  • the cutting wheel and anvil wheel must ensure that:
  • the fiber cutting quality in particular its density and its dynamic integrity, is directly related to the suitability of the materials involved (constituting the blades and the wheel against) to retain their characteristics (conservation of the geometric parameters of the blades, resistance to abrasion wear and notches of reelastomer anvil wheel).
  • the first major difficulty to solve in section under die is the ability of the wheel to cut the fiberglass while stretching at high speed without slippage.
  • the cut element has a tendency to jam between the two consecutive blades by bracing effect, to avoid that each turn of cutting wheel elements are packed between the blades and lead to a generalized jamming of the system, it is necessary that a particular device exerts an extraction force which ejects the cut strand off the blades and this just after the cutting zone.
  • Cutting wheels comprising, on the one hand, a support member consisting of a rotating elastomer drum and, on the other hand, blades arranged perpendicularly to its periphery and, between the blades, members to be secured under the belt.
  • the effect of the centrifugal force is the succession of following steps: the compression of the wire against the surface of a support drum for its drawing, the cutting of the wire and the ejection of the cut sections.
  • the members which provide the compression of the wire are constituted by fins secured to a deformable ring, generally based on elastomer, for example polyethylene, disposed under the base of the blades and whose axis coincides with the axis of rotation of the cutting wheel. These wheels cutting are satisfactory and meet the requirements mentioned above.
  • the inventors have sought the origin of the phenomenon which causes a limitation of the cutting speeds achieved.
  • the blades tend to shorten and generate a heating and softening at their support zone with clamping rings positioned on both sides of the deformable ring, these rings exerting their clamping force on inclined surfaces of the blades.
  • clamping rings positioned on both sides of the deformable ring, these rings exerting their clamping force on inclined surfaces of the blades.
  • a lateral clearance is created at the clamping zone with the blades, which generally leads to their breaking.
  • the present invention proposes to provide a solution to all of these constraints by proposing an improved cutting wheel technology which allows high cutting speeds and a greater number of dies.
  • the cutting wheel intended to cut continuous son in sections of a predetermined length, comprising a support member consisting of a rotary drum equipped with blades arranged perpendicularly to its periphery and, between the blades, organs to ensure under the effect of the centrifugal force the compression of the son against the surface of a bearing drum, and then cutting the son in sections, and the ejection of the cut sections, the members ensuring the compression of the son being constituted by fins secured to a deformable ring disposed under the base of the blades and whose axis coincides with the axis of rotation of said cutting wheel is characterized in that the deformable ring comprises on each side a parallel right flank extending from the base of the ring deformable to the base of the fins.
  • the deformable member is at least in two parts, a spacer separating the two parts and is mounted concentrically with respect to the axis of rotation of the drum and the toe serving as a fulcrum to said blades between their two ends ,
  • the blades are, on the one hand, immobilized at their ends and on the other hand rest at the level of at least one point situated between its ends,
  • the ends of the blades are held at the bottom of the slots made in the rings using a pair of elastomer rings and a pair of flanges, said flanges being adapted to induce clamping stresses at the level of the elastomer rings.
  • the flanges and the elastomer rings are mounted face to face, concentrically to the axis of rotation of the drum, all or some of the parts selected from the flanges, the elastomer rings, the rings, are symmetrical parts,
  • the deformable member comprises a ring provided at its periphery with a plurality of fins, the fins and the ring forming a monolithic assembly,
  • the fins and the ring are made of different materials
  • a space is provided between two contiguous fins and is delimited by the connecting surface between the base of the fins and the base of a blade,
  • the upper face of the fins describes a cylindrical surface of revolution whose radius is different from that of the circle passing through the top of the cutting edge of the blades;
  • the distance between the two rays is a few tenths of a millimeter.
  • a cutting machine intended for the manufacture of cut yarns for technical use, in particular yarns made of thermoplastic material and especially glass yarns, said machine comprising a three-dimensional chassis having three sides or more, at least one cutter assembly secured to one side of said frame, said cutter assembly using a cutting wheel as previously described and an anvil wheel.
  • FIG 1 is a schematic view of the general implementation of the device and associated equipment for stretching continuous filaments of glass from a plurality of sources
  • FIG 2 is a schematic perspective view of the various parts constituting the cutting wheel according to a first embodiment
  • FIG 3 is a schematic perspective view of the different parts constituting the cutting wheel according to a second embodiment
  • FIGS. 4 and 5 are schematic partial sectional views of a cutting wheel and an anvil wheel in various cut length configurations.
  • Figures 6 and 7 are schematic views of the embodiments illustrated in Figures 2 and 3.
  • the production line shown schematically in Figure 1, comprises upstream at least one die 10 fed from molten glass or glass beads by a not shown feed device.
  • the die (s) generally made of rhodium-plated platinum and heated by the Joule effect, are provided at their lower part with a plurality of orifices from which a plurality of filaments 11 are stretched mechanically.
  • These filaments forming at least one sheet are coated with a lubricant sizing product, commonly called sizing, by passing on a coating device 12, before being joined in the form of son by assembly rollers 13.
  • the son 14 thus formed are fed by means of return pulleys 15 to a guiding device 16, for example a comb, before being introduced into the cutting machine 17 composed of a support drum 18 (commonly called a wheel anvil) and a blade drum, commonly referred to as a cutting wheel 19.
  • a guiding device 16 for example a comb
  • a blade drum commonly referred to as a cutting wheel 19.
  • the stretching is obtained solely by the action of the cutting device whose operation will be described later; it could also be performed by an auxiliary drawing device, placed upstream of the cutting device, such as those described in US Pat. No. 3,873,290.
  • the cutting device according to the invention can be arranged in various ways its arrangement will depend on the means used upstream to guide and stretch the son, as well as the implementation of the receiving device cut son.
  • Figure 1 shows a conventional arrangement for projecting vertically cut son.
  • the structure of the cutting wheel 19 according to two distinct embodiments are shown in FIGS. 2 and 3.
  • the cutting wheel 19 comprises a hub 20 (visible in FIG. 1) and clamping flanges 21a, 21b enclosing the different fastening elements of the cutting blades 22.
  • the rings 24a and 24b are concentrically mounted on the hub 22.
  • the rings are concentrically mounted to the axis of rotation of the cutting wheel 19 by bearings and are clamped against each other between the clamping flanges 21a, 21b, the assembly being secured by locking members (screws for example).
  • Flexible rings 25a, 25b made of elastomer are placed between the clamping flanges 21a, 21b and the sidewalls of the rings 24a, 24b, resting on the bevelled faces of the cutting blades.
  • the depth of the grooves 23 is greater than the height of the blades.
  • the rings 24a and 24b are made of steel and they keep the blades apart.
  • the clamping flanges 21a, 21b are made of steel and undergo a heat treatment (chromium supply) and serve as a support for the bottom of the blades. (In case of wear, it is easier and more economical, to recondition the flanges 21a, 21b rather than the crowns 24a, 24b)
  • deformable member 26, 27a, 27b there is disposed under and between the blades a deformable member 26, 27a, 27b, preferably of elastomer.
  • the cutting wheel 19 comprises a single deformable member 26 trapped between the clamping flanges 21a, 21b.
  • FIGS. 3 and 7 it is a cutting wheel 19, called a wide wheel, particularly designed for production volumes of large chopped wire sections.
  • This cutting wheel generally incorporates the components of the preceding cutting wheel and differs from them.
  • a second deformable member 27b in fact the deformable member 26 has been separated into 2 parts 27a and 27b so as to be able to place a crown 29 of support
  • the two deformable members 27a, 27b being axially separated by a spacer 28 allowing the blades 22 to have a point of support substantially equidistant point of their ends.
  • a central ring 29 positioned coaxially with the spacer 28 is provided on its periphery with a plurality of radial slots 30 for the passage of the cutting blades 22.
  • the deformable member 26 (or the plurality of deformable members 27a, 27b in the case of Figure 3), located under the blades 22, consists of an elastomeric ring whose edges are erected over the entire diameter so to present a flat bearing surface so as to exactly match the cylindrical bearing surfaces of the rings.
  • the deformable members 26, 27a, 27b are integral with the ring forming the central part and protrude on its upper surface in the form of fins arranged at the pitch of the blades 22 and coming to be housed, with a certain clearance, in the free spaces between said blades.
  • These bodies thus form a deformable fin crown, which is preferably monolithic; this ring, freely mounted without clamping, is positioned angularly and is kept centered not rigidly through the rings 24a, 24b.
  • the upper face of the fins describes a cylindrical surface of revolution whose radius is different from that of the circle passing through the top of the cutting edge of the blades, and the difference between the two radii is a few tenths millimeters.
  • the blades 22 are held at their ends, by means of flexible contacts, against the rigid contacts formed by the bottom of the radial slots 23 of the rings 24a, 24b and at least located between the ends, this point resting on the central crown door 29 (in the embodiment shown in Figure 2, the central point support does not exist).
  • the cutting wheel 19 thus assembled is mounted on a rotating hub 20 shown in Figure 1, and is centered on it by means of a cone; the fixing of the cutting wheel on the shaft is ensured by screws.
  • the axis of rotation of the wing crown then coincides with his.
  • the deformable members 26, 27a, 27b annular and its fins are made of elastomer, for example polyurethane whose Shore hardness, scale A, is between 80 and 100. It is also conceivable a bi-material embodiment, the heart of the member in a first plastic with an overmolding of a second plastic material forming the fins, the first and second plastics material may have different mechanical properties, especially in terms of hardness.
  • the cutting wheel 19 cooperates with an anvil wheel 18.
  • the surface of the latter is covered with a flexible layer made of elastomer, for example made of polyurethane identical to that constituting the finned ring previously described.
  • the distance separating the axes of rotation of the drums 18 and 19 is adjusted (by applying a clamping pressure) so that the cutting edge of the blades penetrates shallowly into the coating of the bearing drum (the deformation of the elastomer layer limits the blade penetration).
  • the diameter of the finned crown is such that, when the cutting device is stopped, the upper faces of the fins do not exceed the level of the cutting edge of the blades.
  • the motor movement is given preferably to the cutting wheel 19, which sets in motion the anvil wheel 18, mounted free on its axis. The movement is transmitted simultaneously by the action of the fins on the coating and by meshing resulting from the slight penetration of the blades in said coating.
  • the thickness of the annular portion of the deformable member 26, 27a, 27b is determined according to the modulus d ⁇ oung elastomer material constituting said member, so as to have a correct expansion of the fin (which serves point of support with the threads during the drawing phase, and then during the cutting phase into sections of cut threads), for the desired cutting speed ranges.
  • Figure 4 shows the operation of the device according to the invention adapted, the manufacture of relatively long cut strands.
  • the cutting wheel 19 comprises a finned ring whose upper faces reach at the cutting edge of the blades when the cutting wheel is stopped.
  • the deformable member and the fins have undergone a slight radial expansion caused by the centrifugal force and, under this effect, the succession of the upper faces of the fins then forms a cylindrical surface of revolution. almost continuous, whose radius is greater than that of the concentric circle passing through the top of the cutting edge of the blades.
  • the cylindrical surface of revolution and that of the coating come in contact, pinch the wire or son and cause their stretching, prior to cutting, by this single action.
  • the pressure exerted by the fin on the glass wire is independent of the clamping pressure exerted between the axes of the two wheels (cutting and anvil). This pressure is constant and depends only on the nature and geometry of the deformable member.
  • the cutting wheel 19 also comprises blades whose spacing is such that the cutting work is performed by a single blade at a time.
  • the fins are pushed inwards under the action of the pressure exerted by the surface of the anvil wheel 18; under this action, the annular portion of the deformable member deforms radially inwardly in the space above the crown door.
  • the rotation drive of the anvil wheel by the driving cutting wheel is provided essentially by the close cooperation of the cylindrical surface of revolution with that of the coating; this results in compression of the cut strand which is attenuated by the radial shrinkage of the wing crown and is not large enough to impair its integrity.
  • FIG. 5 shows the operation of another variant of the device according to the invention, suitable for cutting a wire into short lengths-for which the spacing of the blades is such that the cutting work is carried out simultaneously by at least two blades.
  • the integrity of the cut strands is all the more difficult to maintain as the contact points between the different elementary filaments forming the strand are fewer, which is particularly the case when reducing the length of the strands.
  • the loss of cohesion can occur either as a result of the crushing of the strand between two surfaces strongly pressed against each other, or as a result of the shearing occurring during the cutting of a strand insufficiently maintained during this operation.
  • the operating mode of the cutting system illustrated in Figure 5 is as follows: the son are driven by the only traction resulting from its adhesion to the surface of the coating of the wheel anvil. In the actual cutting zone, the wires come into contact with the cutting edge of a first blade, then are trapped and held between the surface of the coating, the upper face of a fin and the next blade which initiates the cutting of the blade. strand. In contact with the coating, the fins are pushed back but slightly and under a lower pressure than in the previous case. The cut strand is thus maintained simply clamped between the two elastomeric surfaces and retains all its integrity.
  • the fins emerge by ejecting the cut strands.
  • the rotational drive of the anvil wheel by the driving cutting wheel 19 is ensured essentially by the penetration of the blades in the coating of the anvil wheel.
  • a cutting wheel provided with blades arranged perpendicular to its periphery and inclined relative to its axis of rotation at an angle between 10 and 30 °
  • the cutting device is set so that the cutting blades penetrate shallowly into the coating of the anvil wheel, this adjustment being corrected whenever the deterioration of the surface of said coating will require rework.
  • the deformable member is chosen so that even after radial expansion caused by the centrifugal force, the upper faces of the fins describe a circle whose radius is slightly smaller than that of the concentric circle passing through the top of the cutting edge of the blades. In operation, a gap of 5/10 mm was measured.
  • the characteristics of the deformable member (s), and mainly the distance between the rays of the concentric circles described by the upper faces of the fins and the top of the cutting edge of the blades, will be chosen in particular. according to the desired length for the cut strands.
  • This difference is of the order of a few tenths of a millimeter, for example from -2 / 10 to + 3/10 millimeters taking as a reference radius that of the circle passing through the top of the cutting blades.
  • the device of the invention combines many advantages, including the following:
  • the deformable fin member maintains the integrity of the wire sections and eject them out of the cutting area.
  • the deformable fin member prevents clogging of the cutting wheel.
  • the cutting wheel which is driving and keeps a constant diameter, avoids the changes of adjustment of the speed of rotation.
  • the cutting wheel is easy to assemble and disassemble when it becomes necessary to change one or more blades.
  • the majority of the parts constituting it is symmetrical, which facilitates the assembly and decreases the number of pieces in stock.
  • the structure of the cutting wheel also has the advantage of being able to modify the length of the sections of wire by a quantity that is a multiple of the pitch of the grooves. (It is possible to alternate between the cutting blades, non-cutting blades, in order to vary the cutting pitch) Indeed, for a given deformable fin member, the adjustment of the length can be easily obtained by inserting between two successive cutting blades one or more blades devoid of cutting edge and whose height is such that they do not touch the surface of the support drum in the cutting zone. The insertion of these blades is intended to keep in place the deformable fin member and avoid significant deformations that would cause its rupture.

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Abstract

Roue de coupe (19), destinée à couper des fils continus en tronçons d'une longueur prédéterminée, comprenant un organe d'appui constitué par un tambour rotatif équipé de lames (22) disposées perpendiculairement à sa périphérie et, entre les lames (22), des organes devant assurer sous l'effet de la force centrifuge la compression des fils (11) contre la surface d'un tambour d'appui, puis la coupe des fils en tronçons (14), et l'éjection des tronçons coupés, les organes assurant la compression des fils étant constitués par des ailettes solidaires d'un anneau déformable (26, 27a, 27b) disposé sous la base des lames (22) et dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation de ladite roue de coupe (19) se caractérise en ce que l'anneau déformable (26, 27a, 27b) comprend de chaque côté un flanc droit parallèle s'étendant depuis la base de l'anneau déformable (26, 27a, 27b) jusqu'à la base des ailettes.

Description

Roue de coupe perfectionnée
La présente invention concerne le domaine de la fabrication de fils coupés en matière haute performance, ou des fils en matière thermoplastique, notamment de fils de verre, et elle concerne plus spécifiquement des perfectionnements apportés à une roue de coupe.
On connaît de nombreux dispositifs susceptibles de réaliser de telles fabrications. Ces systèmes comprennent généralement au moins une filière à partir de laquelle des fils de verre sont étirés et amenés jusque dans un dispositif de coupe constitué le plus souvent par une « roue de coupe » équipée d'une multitude de lames dont l'écartement relatif contribue à couper la fibre à la longueur désirée et d'une contre roue de découpe appelée « roue enclume » le plus souvent constituée par un bandage d'élastomère surmoulé ou rapporté sur une jante démontable fixée sur la machine de coupe. La coupe en continu de la fibre est obtenue par la rotation à grande vitesse de cet équipage de roues et la mise en pression de la roue de coupe sur la roue enclume par l'intermédiaire d'un moyen de serrage adapté.
Les procédés de coupe de fils de verre depuis quelques décennies sont devenus des procédés en continu dans lesquels les fils de verre sont directement coupés en sortie de filière après étirage. Ces procédés dits « direct » ou « direct sous filière » sont des procédés à grande vitesse dans lesquels la vitesse de coupe est compatible avec la vitesse d'étirage des fils.
Lors du processus de coupe, la roue de coupe et la roue enclume doivent faire en sorte que :
- la coupe demeure constante durant des périodes les plus longues possibles,
- les éléments constitutifs des roues doivent conserver leur intégrité et ne pas nuire à la sécurité du personnel.
- le coût des consommables doit être le plus faible possible.
Plus particulièrement, on conçoit alors que la qualité de la coupe de la fibre en particulier sa masse volumique et son intégrité dynamique, est directement liée à l'aptitude des matériaux en présence (constituant les lames et la contre roue) à conserver leurs caractéristiques (conservation des paramètres géométriques des lames, résistance à l'usure par abrasion et aux entailles de rélastomère de la roue enclume).
La première grande difficulté à résoudre en coupe sous filière est l'aptitude de la roue à couper la fibre de verre tout en l'étirant à grande vitesse sans glissement.
L'opération d'étirage sans glissement est difficile. En effet, après une opération de coupe, la lame suivante (quelque fois éloignée de la précédente de seulement 3 mm), appuie sur la fibre de verre au risque de la couper et de la perdre du fait que cette dernière est tirée en arrière par la tension de fibrage.
Le non respect de cette contrainte conduirait à la production de fils coupés de longueur aléatoire inférieure à la longueur désirée.
Par ailleurs, au moment de la coupe, les fibres humides sont liées entre elle par les seules forces capillaires et au moment du choc exercé par la lame cet édifice fragile pourrait exploser et conduire à la production d'un ensemble de fibrilles (communément appelées « fines »).
En outre, après la coupe, l'élément coupé a tendance a se coincer entre les 2 lames consécutives par effet d'arc-boutement, pour éviter qu'à chaque tour de roue de coupe des éléments se tassent entre les lames et conduisent à un coincement généralisé du système, il est nécessaire qu'un dispositif particulier exerce un effort d'extraction qui éjecte le brin coupé hors des lames et cela juste après la zone de coupe.
On connaît des roues de coupe comprenant d'une part, un organe d'appui constitué d'un tambour rotatif en élastomère et d'autre part, des lames disposées perpendiculairement à sa périphérie et, entre les lames, des organes devant assurer sous l'effet de la force centrifuge la succession d'étapes suivantes : la compression du fil contre la surface d'un tambour d'appui pour son étirage, la coupe du fil et l'éjection des tronçons coupés.
Les organes qui assurent la compression du fil sont constitués par des ailettes solidaires d'un anneau déformable, généralement à base d'élastomère, par exemple en polyéthylène, disposé sous la base des lames et dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation de la roue de coupe. Ces roues de coupe donnent satisfaction et répondent aux exigences précédemment mentionnées.
Néanmoins, les inventeurs se sont aperçus, en utilisant des roues de ce type pour des volumes de production de tronçons coupés importants et des vitesses importantes, qu'il était très difficile, voire impossible d'obtenir des résultats satisfaisants.
Les inventeurs ont recherché l'origine du phénomène qui engendre une limitation des vitesses de coupe atteintes.
Après analyse, il s'est avéré qu'une déformation non contrôlée des lames, et plus particulièrement un fléchissement des lames (d'autant plus important que la roue de coupe est motorisée et que le nombre de filières est important) entre leur point d'appui lors du cycle étirage, coupe, éjection des fils coupés était à l'origine du problème.
Plus précisément encore, sous l'effet de ce fléchissement des lames, les lames ont tendance à se raccourcir et à générer un échauffement, puis un ramollissement au niveau de leur zone d'appui avec des bagues de serrage positionnés de par et d'autre de l'anneau déformable, ces bagues exerçant leur force de serrage sur des portées inclinées des lames. Sous l'effet du ramollissement des bagues de serrage, il se créé un jeu latéral au niveau de la zone de serrage avec les lames qui conduit généralement à leur rupture.
La présente invention se propose d'apporter une solution à l'ensemble de ces contraintes en proposant une technologie de roue de coupe perfectionnée qui autorise des vitesses de coupe élevée et un nombre de filières plus important.
A cet effet, la roue de coupe, destinée à couper des fils continus en tronçons d'une longueur prédéterminée, comprenant un organe d'appui constitué par un tambour rotatif équipé de lames disposées perpendiculairement à sa périphérie et, entre les lames, des organes devant assurer sous l'effet de la force centrifuge la compression des fils contre la surface d'un tambour d'appui, puis la coupe des fils en tronçons, et l'éjection des tronçons coupés, les organes assurant la compression des fils étant constitués par des ailettes solidaires d'un anneau déformable disposé sous la base des lames et dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation de ladite roue de coupe se caractérise en ce que l'anneau déformable comprend de chaque côté un flanc droit parallèle s 'étendant depuis la base de l'anneau déformable jusqu'à la base des ailettes.
Grâce à l'utilisation d'un anneau déformable à flancs droits s'étendant sur tout le diamètre, il est possible, lors de l'immobilisation des lames par des bagues de serrage d'induire des contraintes de serrage strictement normales aux parois latérales de l'anneau déformable et qui ne provoquent pas ainsi, lors de la mise en rotation à vitesse élevée de la roue de coupe, à une déformation des bagues de serrage dans leur zone de contact avec les lames. L'anneau déformable élimine le fléchissement des lames et donc leur dégradation. Les flancs droits de l'anneau déformable évite sa fusion par le fait que tous les efforts sont répartis sur une surface d'appui plus grande.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ ou à l'autre des dispositions suivantes :
- l'organe déformable est au moins en deux parties, une entretoise séparant les deux parties et est montée concentriquement par rapport à l'axe de rotation du tambour et l'entre toise servant de point d'appui aux dites lames entre leurs deux extrémités,
- les lames sont d'une part, immobilisées au niveau de leurs extrémités et d'autre part reposent au niveau d'au moins un point situé entre ses extrémités,
- les extrémités des lames s'insèrent dans des fentes pratiquées dans deux couronnes montées face à face, concentriquement à l'axe de rotation du tambour.
- es extrémités des lames sont maintenues au fond des fentes pratiquées dans les couronnes à l'aide d'une paire de bagues en élastomère et une paire de flasques, lesdits flasques étant adaptés pour induire des contraintes de serrage au niveau des bagues en élastomère.
- les flasques et les bagues en élastomère sont montés face à face, concentriquement à l'axe de rotation du tambour, - tout ou partie des pièces choisies parmi les flasques, les bagues en élastomère, les couronnes, sont des pièces symétriques,
- l'organe déformable comporte un anneau muni en sa périphérie d'une pluralité d'ailettes, les ailettes et l'anneau formant un ensemble monolithique,
- les ailettes et l'anneau sont réalisés dans des matériaux différents,
- un espace est ménagé entre 2 ailettes contiguës et est délimité par la surface de raccordement entre la base des ailettes et la base d'une lame,
- en cours de fonctionnement la face supérieure des ailettes décrit une surface cylindrique de révolution dont le rayon est différent de celui du cercle passant par le sommet du tranchant des lames,
- l'écart entre les deux rayons est de quelques dixièmes de millimètres.
Selon un autre aspect de l'invention, elle vise également une machine de coupe destinée à la fabrication de fils coupés à usage technique, en particulier des fils en matière thermoplastique et notamment de fils de verre, ladite machine comprenant un châssis tridimensionnel possédant trois côtés ou plus, au moins un ensemble coupeur solidaire d'un des côtés dudit châssis, ledit ensemble coupeur utilisant une roue de coupe telle que précédemment décrite ainsi qu'une roue enclume.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemple non limitatif.
-la figure 1 est une vue schématique de l'implantation générale du dispositif et de l'équipement qui lui est associé pour étirer des filaments continus de verre à partir d'une multiplicité de sources,
-la figure 2 est une vue schématique en perspective des différentes pièces constituant la roue de coupe selon un premier mode de réalisation,
-la figure 3 est une vue schématique en perspective des différentes pièces constituant la roue de coupe selon un deuxième mode de réalisation, -les figures 4 et 5 sont des vues en coupe partielle schématique d'une roue de coupe et d'une roue enclume selon diverses configurations de longueur de coupe.
Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques des modes de réalisation illustrés en figures 2 et 3.
La chaîne de fabrication, schématisée par la figure 1, comprend en amont au moins une filière 10 alimentée à partir de verre fondu ou de billes de verre par un dispositif d'alimentation non représenté. La ou les filières 10, généralement en platine rhodié et chauffées par effet Joule, sont munies à leur partie inférieure d'une pluralité d'orifices à partir desquels une pluralité de filaments 11 sont étirés mécaniquement. Ces filaments formant au moins une nappe, sont revêtus d'un produit d'encollage lubrifiant, appelé couramment ensimage, par passage sur un dispositif d'enduction 12, avant d'être réunis sous forme de fils par des roulettes d'assemblage 13. Les fils 14 ainsi formés sont amenés au moyen de poulies de renvoi 15 à un dispositif de guidage 16, par exemple un peigne, avant d'être introduits dans la machine de coupe 17 composée d'un tambour d'appui 18 (communément appelée roue enclume) et d'un tambour porte-lames, communément appelée roue de coupe 19.
D'après la figure 1, l'étirage est obtenu par la seule action du dispositif de coupe dont le fonctionnement sera décrit plus loin ; il pourrait aussi être effectué par un dispositif d'étirage auxiliaire, placé en amont du dispositif de coupe, tel que ceux décrits dans le brevet US 3 873 290.
Le dispositif de coupe selon l'invention peut être disposé de différentes façons sa disposition dépendra des moyens mis en oeuvre en amont pour guider et étirer les fils, ainsi que de l'implantation du dispositif de réception des fils coupés. Ainsi, par exemple, la figure 1 représente, une disposition classique permettant de projeter verticalement les fils coupés.
La structure de la roue de coupe 19 selon 2 modes de réalisation distincts sont représentées par les figures 2 et 3. La roue de coupe 19 comprend un moyeu 20 (visible en figure 1) et des flasques de serrage 21a, 21b renfermant les différents éléments de fixation des lames de coupe 22.
Les lames de coupe 22, qui possèdent à chaque extrémité un biseau, viennent s'insérer par ces biseaux dans des fentes radiales 23 de couronnes 24a et 24b. Les couronnes 24a et 24b sont montées concentriquement sur le moyeu 22. Les couronnes sont montées concentriquement à l'axe de rotation de la roue de coupe 19 par des portées et sont serrés l'un contre l'autre entre les flasques de serrage 21a, 21b, l'ensemble étant solidarisé par des organes de verrouillage (vis par exemple). Des bagues souples 25a, 25b, en élastomère, sont disposées entre les flasques de serrage 21a, 21b et les flancs des couronnes 24a, 24b en prenant appui sur les faces biseautées des lames de coupe.
Lors du serrage des flasques 21a, 21b sur le moyeu 22 par l'intermédiaire des vis, les bagues en élastomère 25a, 25b sont comprimées et maintiennent de ce fait les lames au fond des fentes 23 radiales pratiquées dans les couronnes 24a, 24b.
La profondeur des rainures 23 est plus grande que la hauteur des lames. Les couronnes 24a et 24b sont en acier et elles permettent de maintenir écartées les lames entre elles. Par contre les flasques de serrage 21a, 21b sont en acier et subissent un traitement thermique (apport de chrome) et servent d'appui au fond des lames. (En cas de d'usure, il est plus facile et plus économique, de reconditionner les flasques 21a, 21b plutôt que les couronnes 24a, 24b)
D'autre part, on dispose sous et entre les lames un organe déformable 26, 27a, 27b, préférentiellement en élastomère.
Dans la variante réalisée en figures 2 et 6, la roue de coupe 19 comporte un seul organe déformable 26 emprisonné entre les flasques de serrage 21a, 21b.
Par contre en figures 3 et 7, il s'agit d'une roue de coupe 19, dite roue large, particulièrement conçue pour des volumes de production de tronçons de fils coupés importants. Cette roue de coupe incorpore globalement les composants de la roue de coupe précédente et en diffère par l'adj onction d'un deuxième organe déformable 27b (en fait l'organe déformable 26 a été séparé en 2 parties 27a et 27b pour pouvoir placer une couronne 29 de soutien), juxtaposé au premier 27a, les deux organes déformables 27a, 27b étant séparés axialement par une entretoise 28 permettant aux lames 22 d'avoir un point d'appui ponctuel sensiblement équidistant de leurs extrémités. Une couronne 29 centrale positionnée d'une manière coaxiale à l'entretoise 28 est munie sur sa périphérie d'une pluralité de fentes 30 radiales pour le passage des lames de coupe 22.
L'organe déformable 26 (ou la pluralité d'organes déformables 27a, 27b dans le cas de la figure 3), situé sous les lames 22, est constitué d'un anneau en élastomère dont les bords sont dressés sur tout le diamètre de manière à présenter une surface d'appui plane de manière à épouser exactement les portées cylindriques des couronnes.
Les organes déformables 26, 27a, 27b sont solidaires de l'anneau formant la partie centrale et font saillie sur sa surface supérieure sous forme d'ailettes disposées au pas des lames 22 et venant se loger, avec un certain jeu, dans les espaces libres compris entre lesdites lames. Ces organes forment ainsi une couronne à ailettes déformables, qui est de préférence monolithique; cette couronne, montée libre sans serrage, est positionnée angulairement et elle est maintenue centrée non rigidement par l'intermédiaire des couronnes 24a, 24b.
On peut remarquer qu'en cours de fonctionnement la face supérieure des ailettes décrit une surface cylindrique de révolution dont le rayon est différent de celui du cercle passant par le sommet du tranchant des lames, et l'écart entre les deux rayons est de quelques dixièmes de millimètres.
Du mode d'assemblage précédemment décrit, il résulte que les lames 22 ne sont maintenues à leurs extrémités, par l'intermédiaire de contacts souples, contre les contacts rigides constitués par le fond des fentes 23 radiales des couronnes 24a, 24b et au moins situés entre les extrémités, ce point reposant sur le porte couronne central 29 (dans l'exemple de réalisation représenté en figure 2, l'appui ponctuel central n'existe pas). La roue de coupe 19 ainsi assemblée est montée sur un moyeu 20 tournant représenté en figure 1 , et se centre sur celui-ci par l'intermédiaire d'un cône; la fixation de la roue de coupe sur l'arbre est assurée par des vis.
L'axe de rotation de la couronne à ailettes coïncide alors avec le sien.
Les organes déformables 26, 27a, 27b annulaires et ses ailettes sont en élastomère, par exemple en polyuréthane dont la dureté Shore, échelle A, est comprise entre 80 et 100. On peut aussi concevoir une réalisation bi-matière, le coeur de l'organe dans une première plastique avec un surmoulage d'une seconde matière plastique formant les ailettes, les première et seconde matière plastique pouvant posséder des propriétés mécaniques différentes, notamment en terme de dureté.
Ainsi qu'il ressort de la figure 1 , la roue de coupe 19 coopère avec une roue enclume 18. La surface de cette dernière est recouverte d'une couche souple en élastomère, par exemple en polyuréthane identique à celui constituant la couronne à ailettes précédemment décrite.
La distance séparant les axes de rotation des tambours 18 et 19 est réglée (en appliquant une pression de serrage) de manière que le tranchant des lames pénètre peu profondément dans le revêtement du tambour d'appui (la déformation de la couche en élastomère limite la pénétration des lames).
On notera que le diamètre de la couronne à ailettes est tel que, lorsque le dispositif de coupe est à l'arrêt, les faces supérieures des ailettes ne dépassent pas le niveau du tranchant des lames. Le mouvement moteur est donné de préférence à la roue de coupe 19, qui met en mouvement la roue enclume 18, montée libre sur son axe. Le mouvement est transmis simultanément par l'action des ailettes sur le revêtement et par l'engrènement résultant de la légère pénétration des lames dans ledit revêtement.
On pourra noter également que l'épaisseur de la partie annulaire de l'organe déformable 26, 27a, 27b est déterminée en fonction du module dΥoung du matériau élastomère constituant ledit organe, de manière à avoir une expansion correcte de l'ailette (qui sert de point d'appui avec les fils lors de la phase d'étirage, puis lors de la phase de coupe en tronçons de fils coupés), pour les gammes de vitesse de coupe souhaitées.
La figure 4 représente le fonctionnement du dispositif selon l'invention adaptée, la fabrication de brins coupés relativement longs.
D'après celle-ci, la roue de coupe 19 comprend une couronne à ailettes dont les faces supérieures arrivent au niveau du tranchant des lames lorsque la roue de coupe est à l'arrêt. Lorsque la roue de coupe atteint sa vitesse de rotation normale, l'organe déformable et les ailettes ont subi une légère expansion radiale provoquée par la force centrifuge et, sous cet effet, la succession des faces supérieures des ailettes forme alors une surface de révolution cylindrique quasi continue, dont le rayon est plus grand que celui du cercle concentrique passant par le sommet du tranchant des lames. Dans ce cas, la surface de révolution cylindrique et celle du revêtement viennent en contact, pincent le ou les fils et provoquent leur étirage, préalablement à leur coupe, par cette seule action. La pression exercée par l'ailette sur le fil de verre est indépendante de la pression de serrage exercée entre les axes des 2 roues (de coupe et enclume). Cette pression est constante et est seulement fonction de la nature et de la géométrie de l'organe déformable.
La roue de coupe 19 comprend également des lames dont l'écartement est tel que le travail de coupe est effectué par une seule lame à la fois.
Dans la zone de coupe proprement dite, les ailettes sont repoussées vers l'intérieur sous l'action de la pression exercée par la surface de la roue enclume 18; sous cette action, la partie annulaire de l'organe déformable se déforme radialement vers l'intérieur dans l'espace situé au- dessus des porte couronnes.
Ceci a pour conséquence de dégager progressivement le tranchant d'une lame qui, pénétrant dans le revêtement périphérique de la roue enclume, coupe alors le fil et donne naissance au brin.
A la sortie de la zone de coupe, ce dernier est éjecté par les ailettes qui ressortent progressivement sous l'action de la force centrifuge. Dans cette variante, l'entraînement en rotation de la roue enclume par la roue de coupe motrice est assuré essentiellement par la coopération étroite de la surface cylindrique de révolution avec celle du revêtement ; il en résulte une compression du brin coupé qui est atténuée par le retrait radial de la couronne à ailettes et n'est pas suffisamment importante pour nuire à son intégrité.
La figure 5 représente le fonctionnement d'une autre variante du dispositif selon l'invention, adaptée à la coupe d'un fil en tronçons de faible longueur- pour lequel l'écartement des lames est tel que le travail de coupe est effectué simultanément par au moins deux lames.
L'intégrité des brins coupés est d'autant plus difficile à maintenir que les points de contact entre les différents filaments élémentaires formant le brin sont moins nombreux ce qui est notamment le cas lorsqu'on réduit la longueur des brins. La perte de cohésion peut intervenir soit à la suite de l'écrasement du brin entre deux surfaces fortement pressées l'une contre l'autre, soit à la suite du cisaillement intervenant lors de la coupe d'un brin insuffisamment maintenu pendant cette opération.
Il faut donc éviter soit un trop fort serrage entre la face supérieure des ailettes et la surface du revêtement de la roue enclume, soit au contraire une absence de contact entre ces deux surfaces, cas extrêmes dans lesquels un certain nombre de filaments élémentaires se séparent des brins coupés, entraînant la formation de bourre et l'encrassement rapide du dispositif.
Le mode de fonctionnement du système de coupe illustré en figure 5 est le suivant : les fils sont entraînés par la seule traction résultant de son adhérence sur la surface du revêtement de la roue enclume. Dans la zone de coupe proprement dite, les fils viennent en contact avec le tranchant d'une première lame, puis se trouvent emprisonnés et maintenus entre la surface du revêtement, la face supérieure d'une ailette et la lame suivante qui amorce le tronçonnement du brin. Au contact du revêtement, les ailettes sont repoussées mais plus légèrement et sous une pression plus faible que dans le cas précédent. Le brin coupé est ainsi maintenu simplement serré entre les deux surfaces en élastomère et conserve toute son intégrité.
A la sortie de la zone de coupe les ailettes ressortent en éjectant les brins coupés. Dans cette variante l'entraînement en rotation de la roue enclume par la roue de coupe motrice 19 est assuré essentiellement par la pénétration des lames dans le revêtement de la roue enclume. Pour cette raison il peut être également intéressant d'utiliser une roue de coupe munie de lames disposées perpendiculairement à sa périphérie et inclinées par rapport à son axe de rotation selon un angle compris entre 10 et 30°
De la description précédente il ressort que le dispositif de coupe est réglé de manière que les lames de coupe pénètrent peu profondément dans le revêtement de la roue enclume, ce réglage étant corrigé chaque fois que la détérioration de la surface dudit revêtement nécessitera un réusinage. L'organe déformable est choisi de manière que même après expansion radiale provoquée par la force centrifuge, les faces supérieures des ailettes décrivent un cercle dont le rayon est légèrement inférieur à celui du cercle concentrique passant par le sommet du tranchant des lames. En fonctionnement, on a mesuré un écart de 5/ 10 mm.
En fonction de ce réglage, les caractéristiques de(s) organe(s) déformable(s), et principalement l'écart entre les rayons des cercles concentriques décrits par les faces supérieures des ailettes et le sommet du tranchant des lames, seront choisies notamment d'après la longueur désirée pour les brins coupés.
Cet écart est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, par exemple de - 2/ 10 à + 3/ 10 de millimètres en prenant comme rayon de référence celui du cercle passant par le sommet des lames de coupe.
Outre la longueur des brins coupés, il est bien évident que d'autres paramètres, tels que par exemple le degré d'humidité du fil ou le diamètre des filaments constituant ledit fil devront être également pris en considération pour choisir la couronne à ailettes la mieux adaptée à la fabrication envisagée. Le dispositif selon l'invention combine de nombreux avantages, dont notamment les suivants:
- La possibilité de réaliser la coupe de plusieurs fils de verre étirés à partir de plusieurs filières à des vitesses linéaires d'étirage de plusieurs dizaines de mètres par seconde.
L'organe déformable à ailettes permet de maintenir l'intégrité des tronçons de fil et de les éjecter hors de la zone de coupe. L'organe déformable à ailettes permet de prévenir l'encrassement de la roue de coupe.
La roue de coupe qui est motrice et conserve un diamètre constant, évite les changements de réglage de la vitesse de rotation.
La roue de coupe est facile à monter et à démonter, lorsqu'il devient nécessaire de changer une ou plusieurs lames. La majeure partie des pièces la constituant est symétrique, ce qui facilite le montage et diminue le nombre de pièces en stock. La structure de la roue de coupe présente également l'avantage de pouvoir modifier la longueur des tronçons de fil d'une quantité multiple du pas des rainures. (Il est possible d'alterner entre les lames de coupe, des lames non tranchantes, afin de faire varier le pas de coupe) En effet, pour un organe déformable à ailettes donné, le réglage de la longueur peut être facilement obtenu en insérant entre deux lames de coupe successives une ou plusieurs lames dénuées de tranchant et dont la hauteur est telle qu'elles ne touchent pas la surface du tambour d'appui dans la zone de coupe. L'insertion de ces lames a pour objet de maintenir en place l'organe déformable à ailettes et d'éviter des déformations importantes qui provoqueraient sa rupture.
A la limite, il est possible d'équiper le tambour porte-lames d'une seule lame de coupe et d'obtenir ainsi des tronçons dont la longueur est égale à la circonférence dudit tambour.
D'une manière plus courante, on obtient sans difficulté, à partir de fils étirés à des vitesses comprises entre 30 et 50 mètres par seconde, des tronçons dont la longueur peut varier entre 3 millimètres et environ 50 millimètres.

Claims

REVENDICATIONS
1- Roue de coupe (19), destinée à couper des fils continus (1 1) en tronçons (14) d'une longueur prédéterminée, comprenant un organe d'appui constitué par un tambour rotatif équipé de lames (22) disposées perpendiculairement à sa périphérie et, entre les lames (22), des organes devant assurer sous l'effet de la force centrifuge la compression des fils (1 1) contre la surface d'un tambour d'appui (18), puis la coupe des fils en tronçons (14), et l'éjection des tronçons coupés, les organes assurant la compression des fils étant constitués par des ailettes solidaires d'un anneau déformable (26, 27a, 27b) disposé sous la base des lames (22) et dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation de ladite roue de coupe (19) se caractérisée en ce que l'anneau déformable (26, 27a, 27b) comprend de chaque côté un flanc droit parallèle s 'étendant depuis la base de l'anneau déformable (26, 27a, 27b) jusqu'à la base des ailettes.
2- Roue de coupe (19) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'organe déformable (26, 27a, 27b) est au moins en deux parties, une entretoise (29) séparant les deux parties et étant montée concentriquement par rapport à l'axe de rotation du tambour et l'entretoise (29) servant de point d'appui aux dites lames (22) entre leurs deux extrémités.
3- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les lames (22) sont d'une part, immobilisées au niveau de leurs extrémités et d'autre part reposent au niveau d'au moins un point situé entre ses extrémités.
4- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités des lames (22) s'insèrent dans des fentes (23) pratiquées dans deux couronnes (24a, 24b) montées face à face, concentriquement à l'axe de rotation du tambour. 5- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités des lames (22) sont maintenues au fond des fentes (23) pratiquées dans les couronnes (24a, 24b) à l'aide d'une paire de bagues (25a ; 25b) en élastomère et une paire de flasques (21a, 21b), lesdits flasques (21a, 21b) étant adaptés pour induire des contraintes de serrage au niveau des bagues (25a, 25b) en élastomère.
6- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les flasques (21a, 21b) et les bagues (25a, 25b) en élastomère sont montés face à face, concentriquement à l'axe de rotation du tambour.
7- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que tout ou partie des pièces choisies parmi les flasques (21a, 21b), les bagues (25a, 25b) en élastomère, les couronnes (24a, 24b), sont des pièces symétriques.
8- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe déformable (26, 27a, 27b) comporte un anneau muni en sa périphérie d'une pluralité d'ailettes, les ailettes et l'anneau formant un ensemble monolithique.
9- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes et l'anneau sont réalisés dans des matériaux différents.
10- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un espace est ménagé entre 2 ailettes contiguës et est délimité par la surface de raccordement entre la base des ailettes et la base d'une lame (22). 1 1- Roue de coupe (19) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' en cours de fonctionnement la face supérieure des ailettes décrit une surface cylindrique de révolution dont le rayon est différent de celui du cercle passant par le sommet du tranchant des lames (22).
12- Roue de coupe (19) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'écart entre les deux rayons est de quelques dixièmes de millimètres.
13- Machine de coupe destinée à la fabrication de fils coupés à usage technique, en particulier des fils en matière thermoplastique et notamment de fils de verre, ladite machine comprenant un châssis tridimensionnel possédant trois côtés ou plus, au moins un ensemble coupeur solidaire d'un des côtés dudit châssis, ledit ensemble coupeur utilisant une roue de coupe selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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