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MACHINE OUTIL DESTINEE A L'ENROULEMENT HELICOIDAL D UN
RUBAN OU D'UN FIL.-
La présente invention est relative aux machines-outils destinées à l'enroulement hélicoïdal d'un élément en un matériau élastique présentant une certaine rigidité, tel qu'un ruban ou feuillard ou un fil en un métal ou alliage ou substance analogue, en vue de l'obtention d'un article de forme hélicoïdale tel qu'un tuyau flexible profilé ou une armature pour câble armé par exemple.
On connaît déjà des machines permettant d'obtenir de tels arti- cles, mais, dans ces machines connues qui comportent un outil entraîné en ro- tation autour de son axe et au moins un contre-outil également entraîné en rotation autour de son propre axe qui est fixe, l'article délivré par la ma- chine tourne autour de son axe ce qui est très gênant et oblige à le rece- voir,, au fur et à mesure de sa formation, soit dans des cornières allongées, soit dans des récipients spéciaux en rotation rapide, à moins qu'on ne pré- fère le tenir suspendu par un émerillon ou encore le laisser pendre dans le vide sur de grandes longueurs.
De nombreux essais ont déjà été tentés pour supprimer cette ro- tation de l'article délivré à la sortie de la machine, mais jusqu'ici sans résultat.
C'est ainsi qu'on a déjà proposé, par exemple dans le cas de la fabrication des tuyaux métalliques flexibles, d'inverser les rotations rela- tives de l'outil et des contre-outils qui sont conjugués avec lui, c'est-à- dire d'immobiliser l'outil et de faire tourner l'axe du ou de chaque contre- outil autour de l'axe de l'outil,de manière à enrouler à l'aide de ce con- tre-outil l'élément à travailler autour de l'outil fixe.
Ce procédé fait appel au principe cinématique, simpliste en 1'oc- curence, que, s'agissant théoriquement de deux rotations relatives, en l'es- pèce et schématiquement celle de l'outil et du contre-outil, on peut annuler
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l'une des rotations en intervenant convenablement sur l'autre. En fait, l'ex- périence a montré qu'une machine construite d'après ce principe, c'est-à-di- re dans laquelle on met en oeuvre deux rotations relatives simultanées et deux seulement, ne peut délivrer un produit dénué de rotation.
Ceci est dû aux faits que, d'une part, l'article fabriqué en rai- son de la raideur de la matière et de l'épaisseur de l'élément travaillé, et éventuellement du profil qui lui est donné par l'outil et le (ou les) con- tre-outil, présente toujours un diamètre moyen notablement supérieur à ce- lui de l'outil sur lequel il est contraint de s'enrouler et que, d'autre part, cet élément glisse toujours plus ou moins par rapport à l'outil et au contre-outil.
L'invention a pour objet une machine perfectionnée à fabriquer un article tel q'un tuyau flexible profilé, une armature hélicoïdale de tuyau souple ou de câble, etc.. par enroulement hélicoïdal d'un élément tel qu'un ruban ou feuillard ou un fil entre un outil central et au moins un contre-ou- til, cette machine délivrant cet article rigoureusement, dépourvu de toute rotation.
Ladite machine est caractérisée en ce qu'elle comporte en combi- naison un outil de révolution, un premier dispositif pour l'entraîner en ro- tation autour de son axe, un support monté rotatif autour dudit axe,un deu- xième dispositif pour entraîner en rotation ce support autour de cet axe, au moins un contre-outil de révolution dont l'axe tourillonne dans ce support, un troisième dispositif pour entraîner ce contre-outil en rotation autour de son axe, ces trois dispositifs étant réglés de manière à donner trois vites- ses relatives telles que l'article délivré par la machine ait une vitesse nulle.
L'expérience montre, en effet, qu'avec trois vitesses convena- blement réglées, savoir celles : d'un outil autour de son axe, d'au moins un contre-outil autour de son axe, de l'axe du contre-outil autour de l'axe de l'oubli, il est possible d'obtenir un article ne tournant pas et que l'on peut, de ce fait, recevoir directement au pied de la machine et auquel on peut, s'il y a lieu, faire subir tous traitements subsidiaires tels que sectionnement, enroulement, traitement thermique, etc... qui ne peuvent être pratiqués com- modément sur un produit en rotation.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : - Fig. 1 est une vue schématique, en élévation, d'une machine se- lon l'invention; - Fig. 2 en est une vue en plan correspondante; - Fig. 3 est une coupe verticale, longitudinale et à plus grande échelle, de la portion essentielle de cette machine; - Fig. 4 est une vue en bout correspondante, du côté de la sortie de l'article fabriqué; - Fig. 5 est une coupe partielle, suivant la ligne 5-5 de la Fig.3; - Fig. 6 est une vue en coupe longitudinale d'une variante; - Fig. 7 est une vue analogue d'une autre variante.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figs. 1 à 5, la ma- chine comporte, fixés sur un même. socle 1, d'une part, un dispositif A d'ali- mentation en continu en un élément élastique 2 (feuillard ou ruban métalli- que, de section transversale rectangulaire ou profilée, fil métallique de section circulaire ou autre) et, d'autre part, un mécanisme B, destiné à as- surer le profilage, s'il y a lieu, de cet élément et, en tous cas, son enrou- lement hélicoïdal pour donner un article '3 tel qu'un tuyau flexible profilé,
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une armature, ou tout autre hélicoïde,cet article étant délivré par ce mé- canisme sans rotation, de telle sorte qu'il peut être reçu directement au pied de la machine où il peut par exemple s'enrouler sur lui-même, en 4
Le dispositif A d'alimentation.
comporte une bobine 5 sur laquel- le est enroulé l'élément 2. Cette bobine est montée sur un joint universel de manière que ledit élément 2 puisse, à la fois, être délivré dans le sens de la flèche g1 et entraîné en rotation sur lui-même, par exemple dans le sens de la flèche f2. Dans ce but, les tourillons 6 de la bobine sont montés fous, avec tout dispositif éventuel de freinage connu, autour d'un axe aa, dans un cadre 7. Ce cadre comporte deux tourillons 8 et 9, d'axe commun bb, perpendiculaire à l'axe aa; ces tourillons sont fous dans deux paliers 10 et 11, eux-mêmes fixés par des boulons 12 et écrous 13 au so- cle 1.
Le tourillon 9 est percé de part en part, longitudinalement, de manière à permettre la sortie de l'élément 2 suivant l'axe bb. Quant à l'au- tre tourillon 8, il est solidaire par un clavetage 14 de l'arbre 15 d'un mo- teur électrique 16, dont le carter est fixé au palier 10; par l'intermédiaire d'une chaise 17. Le circuit d'alimentation 18 du moteur 16 est contrôlé par un rhéostat 19 qui permet ainsi de régler la vitesse de rotation de l'en- semble du touret 5, 6 , 7 autour de l'axe bb et, partant, de l'élément 2 sur lui-même autour de son axe longitudinal.
Le mécanisme B qui constitue la partie essentielle de la machine comporte u bâti 20, fixé par boulons 21 et écrous 22 au socle 1. De ce bâti 20 est solidaire un corps 23 qui est donc fixe en position. Dans ce corps est ménagée une cavité 24 (Fig. 3) comportant, à ses deux extrémités, deux portées 25 et 26 qui constituent deux tronçons d'une même surface tronconi- que de révolution autour de l'axe longitudinal cc de cette cavité. A l'ex- trémité de plus petit diamètre est ménagé un épaulement annulaire 27, tandis que la portée 26 débouche directement sur la face aval (par rapport au sens de déplacement de l'élément 2) du corps 23.
Dans les portées 25 et 26 tourillonne librement un support 28 de forme tronconique, maintenu longitudinalement, avec un très léger jeu, entre l'épaulement 27 et une pièce d'arrêt annulaire 29, fixée sur la face aval du corps 23 par des vis 30 (Fig. 4).
Le support 28 comporte, du côté amont, un prolongement 31, sur lequel est claveté en 32 (Fig. 3) un pignon 33, relié par un autre pignon 34 à l'arbre 35 d'un moteur électrique 36 qui permet d'entraîner ce support en rotation autour de l'axe .ce dans le sens par exemple de la flèche f2 (Fig.2) 4). La vitesse de rotation du moteur 36 est réglable à l'aide d'un rhéostat 37, disposé dans le circuit d'alimentation 38 de ce moteur.
Axialement, le support 28 et son prolongement 32 sont percés, de part en part, d'un trou cylindrique 39 (Fig. 3), dans lequel peut tourner li- brement un arbre 40 Cet arbre fait saillie par rapport aux deux extrémités du support rotatif 23. Sur l'extrémité aval est claveté un outil 41 qui dans le cas de fabrication d'un tuyau flexible profilé est formé d'une molette el- le-même profilée comme connu en soi.
Côté amont, l'extrémitéde l'arbre 40 est solidaire du rotor 42 d'un moteur électrique différentiel M dont le carter 43 auquel est fixé le stator 44, est fixé au pignon 33 par soudure en 45 ou autrement. La vi- tesse de rotation de l'arbre 40 dans le sens de la flèche f3 est réglée, comp- te tenu de la rotation du stator 44 dans le sens inverse, à l'aide d'un rhéostat 46 (Fig. 1, 2) porté par un support 47 et disposé sur le circuit 48 d'alimentation. Ce circuit aboutit à deux balais 49 portés par le support 47 et frottant sur deux bagues 50, portées par le carter 43 et concentriques à l'axe cc.
Le carter 43 du moteur M est percé d'un trou 51 (Fig. 3) d'entrée de l'élément flexible 2. Cet élément traverse, de part en part, ce moteur en passant entre deux des masses polaires du stator 44; il en sort à travers un trou 52 du pignon 33 pour s'engager dans une rainure 53, ménagée, sur toute
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sa longueur, dans la surface externe tronconique du support 28. De préféren- ce des galets 54, fous sur des axes 55, font saillie dans le fond de la rai- nure pour réduire les frottements. Côté aval, la rainure 53 est de profondeur croissante de manière à infléchir progressivement l'élément 2 pour le déli- vrer perpendiculairement à l'axe cc dans une direction sensiblement radiale.
En outre, dans le cas où l'élément 2 est constitué par un feuillard ou ruban méplat, comme représenté, cette partie aval de la rainure 53 a une forme chan- tournée de manière que ce feuillard,qui està plat dans la rainure, se pré- sente à la sortie de cette rainure (Fig. 4), avec ses grandes faces perpen- diculaires à la face aval plane d'extrémité du support 28. Cette face porte, fixé à l'aide de vis 56 ou autrement (Fig. 4) un guide 57, destiné à amener le feuillard ou autre élément 2 tangentiellement sur l'outil 41.
Cet élément 2 est appuyé par au moins un contre-outil 58 contre cet outil 41 de manière qu'il prenne, par déformation permanente, le profil et la courbure déterminées par cet outil. Ce contre-outil 58 est constitué par une molette, de profil complémentaire de celui de l'outil 41, compte te- nu du logement de l'élément 2 entre cet outil et ce contre-outil. Ce dernier est claveté sur un arbre 59 d'axe dd, parallèle à l'axe .ce. Cet arbre 59 tou- rillone dans un palier 60 (figs. 3 et 5) mobile dans une rainure 61 du sup- port 29 dans une direction radiale de ce support. Il peut être réglé en po- sition, à l'aide par exemple de deux vis 62 tourillonnant dans ce support et se vissant dans deux trous taraudés 63 de ce palier qui forme écrou (ou réci- proquement).
Les têtes des vis 62, têtes noyées dans une cavité 64 du support 28, sont accessibles, pour une position angulaire donnée de ce support, à travers un trou 65 du corps fixe 23. Il est possible, grâce à ce dispositif, de choisir, à volonté, le diamètre du contre-outil 58.
Ce dernier est soumis à deux mouvements de rotation : l'un autour de l'axe cc, par suite de la rotation du support 28 autour de cet axe, l'axe dd de l'arbre59 décrivant alors un cylindre autour de cet axe, dans le sens de la flèche ¯ (Fig. 4); l'autre autour de son propre axe dd, dans le sens de la flèche f4, c'est-à-dire dans le sens inverse de la ±lèche ± 3 qui indique le sens de rotation de l'outil 41 et ce grâce aux actions combinées de la rotation du support 28 et d'une liaison entre les arbres 40 et 59; cette liaison est constituée, dans l'exemple représenté, par un pignon 66 claveté sur l'arbre 59, logé dans une échancrure 67 du support 28 et engrenant avec une denture 68 ménagée sur l'arbre 40.
Le mécanisme est complété par : un deuxième dispositif de guidage 69 (Fig. 4) fixé par vis 70 ou autrement sur la face plane aval du support 28 ce dispositif permettant, d'une manière bien connue en soi, de transformer en un hélicoide l'enroule- ment de l'élément 2 sous l'action de l'outil 41 et du contre-outil 58, en- roulement qui sans cela serait une spirale; et un boîtier 71 fixé par des vis 72 sur la face plane aval du support rotatif 28 et dans lequel est logé un écheveau 73 d'un fil 74 en une matière telle que le caoutchouc, l'amiante, le coton, un métal, susceptible de constituer un élément de joint entre les spires successives de l'article fabriqué.
Le fonctionnement de la machine est le suivant :
Les trois moteurs 16, 36 et M étant alimentés; le moteur 16 entraîne le touret 7 dans le sens de la flèche f2; le moteur 36 entraîne par l'engrenage 34, 33 le support rotatif 28 dans le sens de la flèche f2 autour de l'axe cc et oblige l'axe dd du con- tre-outil à tourner autour du même axe ce* enfin, le rotor 42.
du moteur M entraine en rotation d'une part, directement, l'arbre 40 et l'outil 41 dans le sens de la flèche f3 et, d'autre part, par le train d'engrenages 66, 6 l'arbre 59 et-le contre-outil 58 dans
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le sens de la flèche f4 autour de son propre axe dd, la vitesse de rotation de cet arbre et de cet outil autour dudit axe dd étant fonction des rota- tions respectives de l'arbre 40 sur lui-même et du support 28 autour dudit arbre.
L'outil 41 et le contre-outil 58 entraînent par friction l'é- lément 2 qui est délivré par le touret puis la rainure 53 On notera que, du fait du diamètre croissant du support rotatif 28 de l'amont vers l'aval, il est aisé de former progressivement dans cet élément le changement de di- rection qui permet de le présenter finalement entre l'outil 41 et le contre- outil 58 dans un plan perpendiculaire à 1,'axe longitudinal .ce.
L'outil 41 et le contre-outil 58 donnent de l'élément 2 des spi- res successives que le dispositif connu de guidage 69 transforme -en hélicoïde, les nervures formées éventuellement au long de l'élément 2 par 1-'outil et le contre-outil s'engageant dans des rainures complémentaires de cet élément dans le cas où les spires de l'hélicoïde doivent être réunies les unes aux autres. L'étanchéité entre les spires peut être obtenue dans ce cas, comme connu en soi, par un fil 74 d'étanchéité, débité, en même temps que l'élé- ment 2,à partir de l'écheveau 73 logé dans le boîtier 71 fixé sur la face aval du support rotatif 28.'On obtient finalement à la sortie du mécanisme B l'article 3 désiré, par exemple un tuyau flexible profilé.
Ceci posé,pour mieux comprendre l'intérêt de l'invention et de son mode'd'exécution qui vient d'être décrit, on fera d'abord deux hypothèses restrictives concernant ce mode d'exécution.
On supposera en premier lieu que le support 28 est fixe et que l'arbre 59 du contre-outil 58 tourne purement et simplement dans ce support; cette solution déjà connue, se traduirait par un laminage de l'élément 2 entre deux galets tournant en sens inverses autour de leurs axes fixes; l'ar- ticle 3 tournerait autour de son axe.
On supposera maintenant que l'outil 40 est fixe, non rotatif, le moteur M et l'arbre rotatif 40 étant supprimés et que le contre-outil 58, fou: sur son axe 59 tourne purement et simplement autour de cet outil fixe.
Théoriquement, l'article délivré 3 ne devrait pas tourner. En fait, suivant cette solution déjà proposée sans succès, l'ouvrage continuerait à être ani- mé d'une certaine vitesse angulaire qui dépendrait de la différence des rayons de courbure (voir Fig. 4) entre l'outil 41 et la spire 75 formée et des glissements inévitables entre cette spire et l'outil et le contre-outil et de la profondeur du profil.
Au contraire, grâce à la construction décrite et aux trois vi- tesses de rotation : ul de l'outil 41 autour de son axe cc u2 du contre-outil 58 autour de son axe dd, u3 de ce contre-outil 58 et de son support rotatif 28 autour de l'axe cc il est possible de combiner ces vitesses pour que l'ouvrage délivré ne tourne pas.
Il est évident qu'on pourrait, par un calcul préalable et pour chaque cas d'espèce, déterminer ces vitesses en fonction des dimensions de l'élément 2, de sa nature et en particulier de sa raideur, du diamètre de l'ouvrage 3, ce qui permettrait de commander l'arbre 40 et le support rota- tif 28 par un même moteur, grâce à des transmissions appropriées; cependant la solution décrite et représentée est plus simple.
Pour un article donné et la vitesse du moteur 36 étant par exem- ple donnée, grâce à un réglage connu du rhéostat 37, (qui joue alors le sim- ple rôle de rhéostat de démarrage) ce qui détermine u3 et u2, il suffit d'a- gir, lors de la mise en route de la machine, sur le rhéostat 46 duquel dé- pend la vitesse ul et ce jusqu'à ce que la vitesse de rotation de l'article .3 soit nulle.
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Il est bien évident qu'on pourrait, inversement, tout aussi bien agir sur le rhéostat 37 du moteur 36, la vitesse ul réglée par le rhéostat 46 étant prise comme vitesse de base.
Finalement, les vitesses u1 u2 u3 étant réglées à 1;aide -du rhéostat 46, on règle la vitesse du moteur 16 à l'aide de son rhéostat 19, de manière que le touret 7 tourne autour de l'axe bb à la même vitesse u3 que le support rotatif 28 ce qui évite toute torsion sur lui-même, du fait de la rotation dudit support 28, de l'élément 2 débité par ce touret.
A la Fig. 6, on a représenté une variante dans laquelle le bâti fixe 23a est pourvu d'un alésage cylindrique 76 avec deux portées 77 et 78, centrées sur l'axe .ce et dans lesquelles tourillonne le support rotatif 28a Sur ce support est rapportée par soudure ou autrement, du côté aval, une platine 79, dans laquelle est réglable radialement le palier de l'arbre 59 du contre-outil 58.
Du côté amont, sur le support rotatif, est également fixé un fond 80 avec prolongement cylindrique 81 servant en $la de palier à l'arbre 40. Le fond 80 est fixé dans le cylindre 28a à une certaine distance de sa tranche amont de manière à former un logement pour un anneau creux 82, pour- vu de pattes 83 de fixation audit cylindre 28a par boulons 84 et écrous 85 ou autrement. Dans cet anneau est enroulé en spirale l'élément flexible 2 qui se déroule par le centre. Il passe librement à travers une fente radia- le 86 de l'anneau 82, une fenêtre 87 du fond 80 et une ouverture 88 de la platine 79. Le pignon 33 d'entraînement du support rotatif est claveté sur le prolongement 81.
Quant au moteur M1 d'entraînement de l'arbre 40 et de l'outil 41, il a son carter et son stator fixes, ledit carter étant fixé par exemple à un support 89. Il est pourvu, comme dans l'exemple précédent, d'un rhéostat de réglage 46.
Le fonctionnement est identique à celui exposé plus haut.
Enfin, la Fig. 7 représente une autre variante dans laquelle la bobine 5 sur laquelle est enroulé l'élément 2 tourillonne en 6 dans une four- che 90 qui termine un embout cylindrique 91k fixé ou venu de matière avec le support rotatif 28b.
Celui-ci, par exemple, est de forme cylindrique et maintenu entre deux cercles méplats 92 et 93, fixés sur les deux extrémités du corps fixe 23b.
Le ..support rotatif est entraîné en rotation comme dans les exem- ples précédents. Quant à l'arbre 40b sur lequel est claveté l'outil 41 il est entraîné par un moteur M2 dont le carter 94'est fixé en 95 dans un logement 96 du support rotatif 28b, tandis que son rotor est claveté sur l'arbre 40b Le circuit d'alimentation, contrôlé par un rhéostat 46, est branché sur deux bagues 97, encastrées dans la face interne 98 du corps 23b et sur ces bagues frottent deux balais 99, portés par le carter 94 du moteur M2 (ou récipro- quement)
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exé- cution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
Il est bien évident que les divers mécanismes de commande et les moyens de contrôle des trois vitesses mises en jeu peuvent être différents de ceux représentés.
Dans l'exemple des Figs. 1 à 5, il peut être prévu plusieurs pi- gnons intermédiaires entre les arbres 40 et 59. Le train d'engrenage reliant les arbres 40 et 59 peut aussi être remplacé par une commande indépendante de cet arbre 59 par des moyens électromagnétiques par exemple.
Il peut être prévu plusieurs contre-outils montés autour de 1'axe cd comme le contre-outil représenté.
Le fil de joint 74 peut être alimenté en même temps que Isolément 2 à partir de la même bobine, ou encore amené de toute autre manière.