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Limiteur de couple à friction perfectionné applicable entre autres au bobinage sous tension contrôlée des feuilles et fils minces.
On sait que, dans les limiteurs de couple à friction, le couple transmis a comme limite supérieure le couple correspon- dant à une fonction de la pression d'application des surfaces de glissement et du coefficient de friction des organes de glissement. le coefficient de friction étant sujet à variation sous l'effet du graissage, de l'état d'usure des surfaces et de leur température, les limiteurs de couple à friction ont un fonction- nement assez irrégulier. Lorsqu'ils sont utilisés au bobinage de feuilles ou de fils de faibles épaisseurs et par suite fragiles, il en résulte des irrégularités de tension et des ruptures de la matière bobinée.
La présente invention a pour objet un entraînement par fric- tion dans lequel le couple transmis par le frottement d'organes appropriés de forme usuelle est rendu pratiquement indépendant du coefficient de friction des surfaces frottantes.Cette inven- tion a aussi pour objet,les moyens de racler aisément la valeur du
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couple transmis par le mécanisme de friction et en parti- culier de le faire varier en fonction du rayon de la bobine lorsque le dispositif est employé dans un mécanisme de bobinage sous tension constante. La même invention est, également, applicable au freinage et permet d'appliquer à un arbre en mouvement un couple de freinage rigoureuse- ment contrôlé et indépendant du coefficient de frottement des garnitures.
Dans les dessins joints :
La fig. 1 représente en coupe schématique un mécanisme limiteur de couple à vis sans fin.
La fig. 2 représente en élévation schématique un mécanisme limiteur de couple à engrenages hélico8aux.
La fig. 3 représente une variante de la réalisa- tion de la fig. 2.
La fig. 4 représente l'application du limiteur de couple à un mécanisme de bobinage sous tension cons- tante.
La fig. 5 représente le dispositif qui permet de faire varier rapidement le réglage du limiteur de couple.
La fig. 6 représente un dispositif de liaison entre le rayon d'enroulement d'une bobine et le limiteur de couple actionnant le moyeu de cette bobine.
La fig. 7 représente un dispositif à cellule photo-électrique réglant le limiteur de couple en fonc- tion du rayon de la bobine en formation.
La fig. 8 représente la liaison mécanique entre les organes de réglage d'un limiteur de couple et un va- riateur de vitesse, afin de réduire le travail de glisse- ment.
Ces figures ne sont données qu'à titre d'exemples et les dispositifs représentés par les dessins ne sont pas limitatifs de l'invention qui comprend, également, les
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variantes et modifications éventuelles conformes à son esprit.
En se référant à la fig. 1, on voit qu'un moteur électrique 1, ou toute autre force motrice, entraine une vis sans fin 2, engrenant avec une roue 3 sur laquelle est appliqué le couple résistant. L'arbre 4 de cette vis sans fin peut tourillonner et glisser longitudinalement dana ses supports. Cet arbre est relié à l'arbre moteur par une friction dont les plateaux 5 sont calés sur l'arbre 4 en rotation, et peuvent légèrement glisser sur lui à l'ex- ception du disque 6 qui sert de butée ; élément de la friction est constitué par les disques 7 solidaires en rotation de la cloche 8 elle-même calée sur l'arbre du: moteur électrique.
Cet ensemble de disques de friction se comporte comme un embrayage ou une friction classiques et peut transmettre à la vis sans fin des couples qui seront fonction de la poussée E appliquée en bout de l'arbre 4 et pressant les disques les uns contre les autres avec une force plus ou moins grande. Le système de friction pepré- senté est un système à disques multiples mais le principe de l'invention est applicable à une friction à deux disques ou à uae friction à cônes des systèmes couramment employés dans l'industrie.
Le fonctionnement est le suivant : Une poussée déterminée étant appliquée en E soit par un levier, soit par un ressort, le moteur 1 entraine la vis sans fin 2 par l'intermédiaire de la friction 5, 6, 7, 8 ; par ailleurs, l'entraînement, dans le sens de la flèche, de la roue 3 sur l'axe de laquelle est appliqué le couple résistant, engendre sur la vis sans fin une poussée axiale D fonction du couple transmis et dont l'action contraire à celle de la poussée E diminue la pression de serrage des plateauxdà friction.
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Il en résulte que la pression de serrage des plateaux de friction est, à tout instant : P = E - D.
On conçoit aisément que, par un choix judicieux des ma- tières, du nombre et des dimensions des disques de fric- tion, il est possible d'obtenir l'entrainement pour une' valeur de P très minime par rapport à la réaction D.
De'telle sorte que la moindre augmentation du couple résistant se traduit par une grande diminution de la poussée d'embrayage, ce qui occasionne immédiatement le glissement.
Il est à noter que cette utilisation de la poussée axiale de la vis sans fin, permet de rendre le li- miteur de couple très précis et insensible aux variations du coefficient de friction des surfaces de frottement.
En se référant à la fig. 2, on voit que le mo- teur 9 entraine, par son arbre 10 tourillonnant dans le palier 11 qui le maintient rigidement dans le sens axial, le plateau de friction 12, lequel entraine par frottement le pla teau 13 sur l'arbre 14 duquel, est calé le pignon hélicoïdal 16 dont l'arbre 17 tourillonne dans les paliers 18 et 19 qui le fixent 2xialement.
Comme dans la réalisation de la fig. 1, un couple résistant appliqué sur l'arbre 17 engendrera sur le pignon 15 une poussée axiale D telle que, à tout instant, la pression P, appliquant le s disques de friction l'un contre l'autre, sera égale à P = E - D.
Les explications données à propos de la réalisa- tion de la fige 1 s'appliquent intégralement au mécanisme de la f ig . 2.
En se référant à la fig. 3, le mécanisme repré- senté est applicable, dans l'ensemble d'une machine, sur un arbre existant, et de telle sorte que cet arbre conserve la même direction, la même vitesse et le même sens de ro- tation après interposition du limiteur de couple.
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Cet arbre 20 qui sert d'arbre moteur au disposi- tif est solidaire d'une roue dentée 21, dans le prolonge- ment de l'arbre 20 et indépendant de lui, un arbre 22 est solidaire d'une roue dentée à denture hélicoïdale 23.
L'arbre 22 et la roue 23 sont montés de façon à ne pouvoir subir aucun déplacement aial, et l'arbre 22 sert d'arbre d'utilisation sur lequel est appliqué le couple résistant.
On voit qu'ainsi l'application du dispositif selon l'in- vention, sur une machine existante ne modifie pas la po- sition et l'alignement de l'axe 20 qui occupait primitive- ment la place de l'arbre 22.
La roue 21 engrène avec un pignon 24 calé sur un arbre 25 tourillonnant dans un roulement à billes à gorge profonde 26 qui le fixe en position longitudinale.
Un dispositif à friction à disques multiples 27 (ou à cône, ou à 2 disques) assure une liaison à friction de l'arbre 25 avec l'arbre 28 portant le pignon 29 à denture hélicoïdale engrenant avec la roue 23. L'arbre 25 tournant à une vitesse supérieure à celle de l'arbre 20, cette dis- position permet de réduire les dimensions du mécanisme de friction.
Ainsi que dans les diverses réalisations décrites la poussée axiale D engendrée sur le pignon est équilibrée par la charge E que le levier coudé 30 pivotant autour de l'axe 31 applique en bout de l'arbre 28 sous l'influence du poids 32.
Le fonctionnement de l'appareil est identique à celui du dispositif représenté et décrit dans la fige 2.
La réalisation décrite peut comporter, sans modification du principe revendiqué : a) des dimensions d'engrenages telles que lorsque la friction fonctionne sans glissement,l'arbre 22 tourne à une vitesse différente de l'arbre moteur 20.
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b) L'engrenage hélicoïdal 23 peut être place sur l'arbre primaire 20 et l'engrenage à denture cylindrique 21 sur l'arbre secondaire 22.
En se référant à la fig. 4,'on voit en 33 la bobine représentée en traits mixtes, dont le mandrin ou noyau est solidaire ou en liaison avec le mécanisme de commande. La bobine se constitue par enroulement d'une feuille 35 pour laquelle on a admis une traction T, anta- goniste à l'enroulement et destinée à assurer le serrage des couches.
Dans le cas de la figure, la force motrice assu- rant l'enroulement est fournie par un moteur électrique 36 qui actionne le mécanisme par l'intermédiaire d'une cour- roie par exemple.
Le mécanisme comprend, essentiellement, une vis sans fin 37, portée par deux tourillons 38 et 39 et portant un plateau de friction 40 claveté au tourillon 39.
Le dispositif comprend un deuxième plateau de friction 41 solidaire de l'arbre moteur 42. La vis sans fin 37 est en prise avec une roue dentée 43 solidaire de l'arbre entrai- nant le mandrin de la bobine 34.
On conçoit aisément, qu'en soumettant les pla- teaux de friction 40 et 41 à une pression convenablement choisie, ils puissent remplir le rôle de limiteur d'effort comme il a été expliqué plus haut.
On conçoit également qu'en raison de la trans- mission de puissance de la vis sans fin 37 à la roue dentée 43, une réaction D prend naissance, qui, si on admet T constant, est fonction du rayon R de bobinage.
Cette réaction t end à écarter le poteau 40 entraîné, du plateau 41 entraineur et, par conséquent, tend à dimi- nuer le couple transmis .
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Par ailleurs, le couple à appliquer sur l'arbre 34 porte-bobine, étant fonction du produit T x R (T constant) le couple moteur à appliquer à la vis sans fin sera fonc- tion de R, et en conséquence, les plateaux de friction devront être appliqués l'un sur l'autre avec une force à chaque instant proportionnelle au rayon de la bobine.
Ce résultat est obtenu par un levier articulé en 44, dont un des bras 45 agit dans la direction E, sur l'ex- trémité du tourillon 38, le deuxième bras 46 du levier é- tant soumis à l'action d'un contrepoids 47, dont le point d'application est réglé par un tâteur à galet 48 roulant sur la bobine à construire. Le galet 48 et le poids 47 sont constamment rappelés par le fil 49 et le contrepoids 50.
Cette disposition permet de faire agir le contre- poids 47 avec un bras de levier égal, à chaque instant, au rayon R de la bobine et de transmettre, ainsi par le levier 45, aux plateaux, une pression de friction E qui est, à chaque instant, également fonction du rayon de la bobine.
Il en résulte que la pression des plateaux de friction l'un sur l'autre est : P = E - D. Comme E et D sont fonction du rayon de la bobine, leur différence est, également, fonction de ce rayon et, finalement, P est également fonction du rayon R de la bobine, ce qui permet d'assurer la constance de la tension T d'@aroulement
Dans le cas où, pour une raison quelconque, le coefficient de friction des plateaux s'accroît (grippage, défaut de graissage, échauffement, etc...) la tension de la matière à bobiner a également tendance à s'accroître, entrainant une augmentation de la réaction P qui exerce alors une action corrective sur l'embrayage,
de sorte que l'on obtient une quasi-indépendance de la tension T d'en- roulement par rapport au coefficient de frottement de la garniture des plateaux de friction.
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Naturellement, la réalisation de la fig. 4 n'a aucun sens limitatif et le mécanisme de bobinage sous tension constante peut, également, être réalisé sous la forme des limiteurs de couple des figures 1, 2,3, avec frictions à disques simples, à disques multiples ou à cônes.
Selon la fig. 5, le système à levier coudé, sur lequel un contrepoids ou un ressort agissent suivant un bras de levier égal au rayon de bobinage, est disposé de manière à permettre un réglage de la poussée axiale E exercée sur la vis sans fin, poussée destinée à équilibrer la réaction axiale et à produire la pression d'embrayage.
Le levier 51,52, 53 est articulé en 52 par un axe porté par un coulisseau 54, se déplaçant suivant un axe perpendiculaire à celui du poussoir 55 agissant en bout de la vis sans fin. On conçoit que, si, par le jeu de la manivelle 56, commandant la vis 57, on fait glisser le coulisseau 54, dans les glissières 58 et 59 solidaires du bâti de l'appareil, on fera varier le bras de levier L de la branche 52-53 du levier coudé. Comme cette manoeuvre est sans action sur le point d'application 60 du poids 61, la poussée E variera en raison inverse de L et on pourra ainsi régler, même en marche, la tension de bobinage.
Selon la réalisation de la fig. 6, la bobine 62 étant en cours d'enroulement, le galet palpeur 63 est porté par un piston 64 qui glisse dans un tube 65, lui- même fixé au sol par la colonne 66. Le tube 65 est arti- culé sur la colonne par un axe 67 permettant de basculer l'ensemble pour permettre les opérations d'enlèvement de la bobine. Un système à ressort (.non représenté) pousse constamment le galet palpeur contre la surface de la bobine .
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Le tube 65 porte une butée et le piston 64 porte, également, une butée. Ces deux butées servent de fixation respectivement à la gaine et aucable d'une transmission "Bowden" 68 qui, épousant le parcours que l'on désirera, transmettra au chariot 69et à son poids, les déplacements du galet 63 et du piston dont il est solidaire. Les déplacements du chariot 69 sur le levier 70 pourront donc être tels que la distance, du chariot 69 à l'axe d'articulation fil du levier, soit toujours égale à R, rayon de bobinage constamment mesuré par le galet palpeur.
Comme une transmission Bowden ne peut travailler que dans un sans, le levier 7L est monté avec une pente telle que le cable du Bowden soit constamment tendu.
Il est à remarquer qu'avec de dispositif, lors- qu'on relève le galet, son mécanisme de poussée le met immédiatement à la position correspondant au plus petit rayon de bobinage et que le chariot 69 prend, lui-même, la position correspondant à la transmission du couple minimum sur le tourillon de la bobine.
Cette disposition permet d'éclipser facilement le galet palpeur et de l'installer à l'endroit le plus favorable.
La fig. 7 représente une réalisation de tâteur par cellule photo-électrique.
La bobine 72 étant en bobinage, un axe 73 tou- rillonnant dans deux paliers non représentés, fixés au bâti de la machine, porte deux bras 74 et 75 dont l'é- cartement est supérieur à la longueur de la bobine, de telle sorte que ces deux bfas invariablement liés entre- eux par l'axe 73 puissent osciller en embrassant la bobine dans le sens de la longueur. Le prolongement 76
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du bras 75 peut, par une liaison directe comme représentée, ou par une liaison d'un type quelconque, assurer le dépla- cement du poids roulant 77 sur le levier 78 articulé en 79, qui transmet, par son bras 80, une poussée axiale à l'axe de la vis sans fin 'd'attaque du bobinage, comme décrit dans les réalisations précédentes.
De plus, le bras 74 porte une lampe électrique sous capot cylindrique 81 dont le faisceau lumineux étroit est dirigé sur une cellule photo-électrique logée dans un capot 82 coaxial au capot 81
Le tout est arrangé de tellesorte que les po- sitions du contrepoids définies par la côte R soient telles que si l'on appelle r, le rayon de la bobine, on ait, à chaque instant R - constante. La fourche 73-74-75 étant supposée immobile, on voit que lorsque le diamètre de la bobine augmente, la matière à bobiner vient intercepter le faisceau lumineux. La cellule photo-électrique n'est plus éclairée et agit sur un râlais 83 qui démarre le mo- teur 84 et fait tourner la roue 85 par la vis sans fin 86.
Cette rotation déplace la fourche 73-74-75 grâce au jeu du bouton de manivelle 87, de la bielle 88 et de l'articu- lation 89. Le mouvement s'arrête dès que, la fourche 73-74- 7 s'étant suffisamment déplacée, le rayon lumineux émis par 81 éclaire à nouveau la cellule photo-électrique 82.
Le bras 75, au cours de son déplacement, propr- tionnel au diamètre de la bobine, entraine le contrepoids 77 le long du levier 78 articulé en 79, la branche 80 agissant comme déjà décrit sur l'embrayage de la vis sans fin du limiteur de couple.
Un inverseur 90 permet de brancher le moteur soit sur le relai en rapport avec la cellule, soit sur une dérivation du réseau 91, et ainsi, soit de faire contraler le fonctionnement du moteur par la cellule, soit de rame- ner rapidement les bras 74 et 75 et le poids 77 dans la position correspondant au début de bobinage.
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Ce dispositif permet donc de produire les de- placements requis du poids 77 sur son levier 78 pour as- surer, selon l'invention, un bobinage sous tension cons- tante, sans qu'aucun contact matériel de tâteur risque d'endommager la surface de la matière bobinée et sans qu'un organe matériel puisse gêner les opérations néces- sitant un accès à la bobine en confection.
En se référant à la fig. 8, on voit un dispositif dans lequel on accouple au tâteur un variateur de vitesse qui fournit à la broche de bobinage une vitesse approchée de la vitesse désirée mais légèrement supérieure, le sys- tème de friction n'intervenant plus qupour effectuer la correction de vitesse et régulariser la tension.
Le mécanisme de bobinage est commandé par l'arbre 92 portant une poulie à flasques écartables 93-94 dont le flasque mobile 94 est rappelé par un ressort 95 tendant à serrer la courroie 96 et à la chasser vers la périphérie de la poulie. Cette courroie entraine une poulie à flas- ques écartables 97-98 solidaire de la vis 166.
Le flasque 98 glisse, par une douille 99, sur l'arbre 100 et cette douille est appuyée sur l'extrémité 101 d'un levier 102 articulé en 103. Ce levier est, lui- même manoeuvré par une bielle 104 reliée au contrepoids 105 dont les positions sont liées au diamètre de la bobine.
On comprend qu'avec un choix judicieux des dimensions de poulies et des bras.: de leviers, on puisse, avec un moteur à vitesse constante sur l'arbre 92, actionner la vis 106 et partant, le mandrin de la bobine, à une vitesse qui limite le glissement dans la friction 107 à une très 'faible valeur.
Naturellement, dans cette réalisation de la fig. 8, il est possible de commander le rapport des vi-
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tesses du réducteur par une liaison mécanique simple du levier 102 à un des organes du mécanisme d'asservissement, dans le cas où l'on emploierait, pour le ttage de la bobine, les réalisations des fig. 6 et 7 (par exemple dans le cas de la fige 7 la liaison par une bielle du le- vier 102 au bouton de manivelle 87 ou à un bouton de manivelle spécial.
Tout ce quprécède suppose que, dans le limi- teur de couple l'axe moteur 1 de la fig. 1, 10 de la fig.2, 20 de la fig. 3, 42 de la fig. 4, soient en rotation, mais si l'on imagine ces axes immobilisés, et que l'on applique sur les arbres secondaires un couple tendant à les faire tourner en sens inverse du sens d'entraînement normal, on verra que la friction se comportera comme un frein dont le fonctionnement sera conditionné par la relation P = E-D et que ce frein jouira des mêmes qualités d'auto-régulation que le limiteur de couple.
Cette propriété est très importante car elle permet d'utiliser, par exemple, le même appareil au bobi- nage d'une bobine sous tension constante, puis, en immo- bilisant le moteur, à son dévidage sous tension constante.