La présente invention concerne un appareil de régulation de la tension et du débit de fils textiles permettant d'établir et de maintenir de façon prédéterminée une tension constante et un débit constant de ces fils.
Cet appareil peut être adapté à n'importe quelle machine textile nécessitant une alimentation ou une livraison de fil constante en débit et en tension tels que métier de bonneterie, dévidoir, bobinoir, etc.
Ces trois exemples illustrent une application possible du système sans en limiter aucunement la portée.
L'impératif de constance de débit et de tension doit être réalisé par un asservissement ou une régulation la moins onéreuse possible dont le prix de revient est comparable aux prix de revient des systèmes actuels et dont l'ensemble a un encombrement minimum et est aisément adaptable sur n'importe quelle machine.
Il existe sur le marché de nombreux systèmes fournisseurs de fils spécialement pour les métiers de bonneterie, que l'on peut répartir par exemple, selon les classes suivantes:
1. les freins à joues ou tendeurs;
2. fournisseur à pignons coniques ou cylindriques;
3. fournisseur à cabestan;
4. fournisseur à accumulation;
5. fournisseur à alimentation positive (Rosen, CRB);
6. système F.A.K.
Tous ces systèmes ne sont pas applicables à tous les types de fils ou filés depuis le fil classique peu élastique jusqu'à l'élastomère en passant par le fil texturé: certains d'entre eux n'étant applicables qu'à un type de filé bien déterminé, d'autres, au contraire, ne convenant absolument pas quel que soit le type de filé.
Le système proposé n'entre pas dans une des catégories précédentes. Il s'agit, en effet, d'une régulation pneumatique de la tension du fil en amont d'une roue à vitesse constante imposant un débit constant.
Aucune des classes précitées de fournisseurs n'est comparable à la présente invention. En effet, les cinq premiers systèmes ne font pas appel à une régulation (pneumatique ou autre). Seul le système F.A.K. utilise une régulation pneumatique mais conçue différemment. Le système F.A.K., adaptable uniquement sur une petite machine ronde à une ou deux chutes, effectue la régulation de la tension en aval de la roue imposant un débit constant. De plus. la régulation de la tension s'effectue par modification de la hauteur de la came de chute.
Dans le cas d'un dévidoir de laboratoire, pour le fil texturé par exemple, il faut enrouler autour d'un cylindre d'enroulement un certain nombre de spires jointives de façon telle que chaque spire ait une longueur identique sous une charge donnée.
Pour qu'un métier circulaire de bonneterie à n chutes produise un tricot régulier. il faut que la longueur de fil absorbée par maille, 1, soit constante d'une aiguille à l'autre et d'une chute à l'autre. Cette condition nécessaire n'est cependant pas suffisante.
On sait, en effet, que les variations de titre, de nuance, de paraffinage, de torsion, d'affinité tinctoriale, etc. peuvent provoquer aussi un défaut dans le sens des rangées de mailles de l'article. Cet aspect du problème n'est pas à prendre en considération dans le présent brevet.
L'appareil de régulation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: un bâti pour la fixation des pièces, des roues guide-fil montées sur le bâti, une première roue de tension commandée par un variateur de vitesse, montée sur le bâti de façon qu'une modification de la tension du fil puisse agir sur la vitesse de la roue de tension par l'intermédiaire du variateur de vitesse pour augmenter ou diminuer la vitesse angulaire de la roue de tension, une seconde roue guide-fil de débit, montée sur le bâti, entraînée à une vitesse angulaire constante, préréglée, assurant une alimentation constante du fil, un bras pivotant en son milieu, dit comparateur de déplacement, disposé entre les roues de tension et de débit, ce bras étant muni d'une roue guide-fil de renvoi à une extrémité et d'un dispositif de tuyère-palette dit traducteur de déplacement à l'autre extrémité,
de sorte que lorsqu'une surtension agit sur le fil, l'extrémité du bras portant la roue de renvoi se soulève, tout en abaissant l'autre extrémité du bras portant la palette, obturant ainsi la tuyère et inversement, la pression d'air de sortie de la tuyère qui dépend de la position de la palette par rapport au sommet de la tuyère déformant une membrane en caoutchouc qui agit sur la tige de commande d'un amplificateur inverseur à pièces mobiles, commutant ainsi la pression d'air de commande d'un vérin à double effet vers l'une ou l'autre entrée de celui-ci, la tige du vérin étant solidaire de la roue de tension qui roule perpendiculairement et sans glissement sur un plateau recevant le couple moteur, le positionnement par le vérin de la roue de tension sur le plateau déterminant une vitesse angulaire de la roue de tension proportionnelle à sa distance radiale du centre du plateau,
de sorte que lorsqu'une sous-tension se présente dans le fil, la poulie de renvoi située à l'extrémité du bras pivotant s'abaisse, la pression de sortie de la tuyère s'annule, la tige de commande de l'amplificateur se déploie vers la droite mue par un ressort de rappel, la tige du vérin sort, entraînant vers le centre du plateau la roue de tension dont la vitesse diminue pour compenser la sous-tension initiale, cependant que l'extrémité du bras portant la roue de renvoi remonte et le fil voit sa tension se stabiliser et inversement.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente le dispositif d'alimentation du fil.
La fig. 2 illustre une variante de réalisation du montage.
La fig. 3 représente la partie pneumatique de la régulation.
La fig. 4 représente une variante d'un ensemble pneumatique.
La fig. 5 est une vue de détail d'une variante de l'ensemble
représenté à la fig. 4.
Le dispositif d'alimentation du fil sur métier de bonneterie comprend (fig. 1) une bobine B, un ensemble fournisseur F et une aiguille A. Soit d, le débit du fil à la sortie du fournisseur, te, la tension d'entrée du fil et ts, la tension de sortie. Pour obtenir une longueur de fil absorbée par maille, 1, constante, il faut que le débit d soit constant et que la tension de sortie ts soit constante et indépendante de te, quelles que soient les sollicitations exercées sur le fil en amont du fournisseur. Pour obtenir une longueur de fil absorbée par maille, 1, constante d'une chute à l'autre, il faut aussi que la distance, a, entre le talon de l'aiguille (lorsque celle-ci passe sur la pointe de la came de chute Ch), et le niveau de la fonture n (ou tout autre repère fixe) soit constante d'une chute à l'autre.
Cette condition peut être obtenue par un réglage mécanique de la profondeur de la came de chute. Dans l'hypothèse où une usure empêche le réglage concomitant de toutes les cames de chute, un rattrapage aisé est obtenu en contrôlant exactement te pour un d constant à chaque chute.
Dans le cas d'un fournisseur sans asservissement de la tension du fil, lorsque la matière s'allonge très faiblement sous une charge non négligeable (cas de la laine ou du coton) les à-coups de tension n'ont pas ou très peu d'influence sur le débit. Si au contraire, la matière peut s'allonger de façon importante sous faible charge (cas des fils texturés ou élastomères) les à-coups de tension auront une influence néfaste sur le débit du fil même si ce dernier est délivré à une vitesse constante.
Le fournisseur est composé de deux roues D et T dont la première, D, délivre une quantité constante de fil pour lequel la tension a été préalablement réglée à une valeur la plus constante possible au moyen de la roue T (fig. 1).
La régulation de la tension du fil, à une valeur constante prédéterminée, se fait essentiellement par variation de la vitesse linéaire de la roue T par rapport à la vitesse linéaire constante de la roue D. On interdit tout glissement entre les roues T ou D et le fil.
La variation de la vitesse linéaire V1 du fil peut se faire en agissant, soit sur la vitesse angulaire o de la roue T, soit sur la valeur du rayon R de la roue T (V1= #.R).
Les montages effectués ont montré que les méthodes permettant une modification de la valeur du rayon R ne donnent pas de bons résultats. On peut utiliser à cette fin, soit un cône se dépla çant par rapport au fil fixe, soit un cône fixe sur lequel le fil se déplace, soit un cylindre de rayon R variable. Cette dernière solu
tion est techniquement coûteuse et assez difficile à réaliser. Toutes
ces solutions ne donnent pas satisfaction puisqu'il faut en même
temps assurer une adhérence du fil sur la roue ou le cône pour évi
ter tout glissement tout en lui permettant un déplacement
satisfaire à la variation de rayon. De plus, le filé manque de rigi
dité pour réagir convenablement à une commande de déplacement
sur un cône.
Par contre, les montages utilisant la variation de vitesse angulaire # donnent satisfaction et ne présentent plus les inconvénients cités ci-dessus. Pour minimiser le prix de revient de l'appareil, on exclut le moteur pneumatique rotatif et le moteur électrique.
C'est pourquoi on a adopté un moteur pneumatique linéaire ou vérin et il faut intercaler entre le vérin et la bobine T un variateur de vitesse commandé par le vérin. La régulation pneumatique basse pression doit être conçue pour éviter un vérin trop encombrant puisque celui-ci n'est commandé que par une pression très faible. Il faut donc que l'élément commandé par le vérin ne nécessite qu'un faible effort pour effectuer la manoeuvre commandée.
Le variateur suivant convient très bien pour le but recherché.
La fig. 2 montre une réalisation du montage. Le système plateau-poulie présente en plus l'avantage de permettre aisément une modification du débit par simple déplacement de la roue D sur le plateau, ce qui permet l'adaptation aisée du système sur des métiers qui réalisent des tricots pour lesquels l'alimentation doit être différente d'une chute à l'autre (exemple Jacquard). La partie pneumatique de la régulation comprend les éléments suivants (fig. 4):
- 1 élément sans pièce mobile monostable pouvant travailler sous une pression maximum de 200 g'/cm2;
- 1 système palette-tuyère ou traducteur de déplacement;
- 1 fléau constituant le comparateur de déplacement;
- 1 vérin;
- 1 élément stabilisateur de pression ou valve à seuil de pression (facultatif).
La pression d'alimentation, après être passée par un filtre Fi, est détendue dans un détendeur D2 à la pression P2 de 2 kg'/cm2
(donc très supérieure à la valeur nominale) et dans un détendeur D1 à la pression P1 de 50 g'/cm2 ou 500 mm de colonne d'eau.
La pression P2 est ensuite injectée dans l'élément mono
stable (E.M.) par le canal 1 d'où le fluide est dirigé vers le canal 3 (effet Coanda) et sort par le tuyau 4 pour être injecté au vérin V.
La tige du piston est alors complètement sortie. Les n éléments mono stables (E.M.)i peuvent être raccordés de la même façon en parallèle sur le détendeur D2.
La pression P1 à la sortie de D1 est injectée dans une tuyère Tu après avoir été stabilisée par une valve à seuil de pression (facultatif dans ce montage). Suivant que la tuyère est ou n'est pas obturée, il existe ou non une pression dans le tuyau 6.
Cette mise sous pression du tuyau 6 viendra faire basculer le fluide de la commande principale de l'élément (E.M.) de la branche 3 vers la branche 2, donc du tuyau 4 vers 5, ce qui commande, finalement, le mouvement de rentrée de la tige du vérin.
Ce mouvement cessera et la tige reviendra automatiquement à son point de départ dés que la tuyère ne sera plus obturée, c'est-àdire lorsqu'il n'y aura plus de pression dans le tuyau 6 (donc que le jet de pression en provenance du canal 1 de l'EM aura basculé à nouveau vers 3).
La palette E obturant la tuyère Tu est constituée d'une plaquette fixée à l'extrémité d'un fléau, l'autre extrémité de ce fléau étant munie d'une petite poulie-guide sur laquelle passe le fil.
De la bobine à l'aiguille, le fil passe dans l'ordre par les organes suivants: bobine, roue T, poulie-guide solidaire du fléau, roue D, aiguille (fig. 11 compte non tenu des guides et des cassefils.
La chaîne directe est donc constituée du comparateur (fléau), du traducteur (palette-tuyère), de l'amplificateur monostable (EM). Le point de rotation du fléau est solidaire de la membrane d'un souflet S1, le déplacement de cette membrane étant proportionnel à la valeur de la pression réinjectée au soufflet en provenance de la sortie de la tuyère. Une résistance R1 est intercalée dans la branche.
Un deuxième soufflet S2 solidaire du point de rotation du fléau reçoit une partie de la pression injectée au soufflet S1 par l'intermédiaire d'une résistance R2 (fig. 3).
On obtient ainsi un régulateur à action proportionnelle dérivée et intégrale (P.I.D.).
Le soufflet S1 donne naissance à une réaction négative alors que le soufflet S2 crée une réaction positive.
La variation de pression à la sortie de la tuyère P1 en fonction de l'erreur à la palette est donnée par l'expression ci-dessous où l'on retrouve bien la partie proportionnelle, dérivée et intégrale de l'erreur.
EMI2.1
Dans cette expression, Kr représente la fonction transfert du soufflet qui transforme le signal pneumatique en un déplacement mécanique.
#1 est une constante de temps égale à R1C1 et #2 = R2C2.
Le circuit décrit ci-dessus convient très bien puisque l'on parvient à maintenir la tension de sortie, ts, du fil à une variation inférieure à 0,5 g' pour des à-coups de l'ordre de 250 g' en amont.
Toutefois, il présente un inconvénient majeur pour l'utilisation simultanée d'un grand nombre de tels circuits. En effet, pour pouvoir disposer d'une pression suffisante au vérin, il faut appliquer à l'élément monostable une pression très supérieure à la valeur nominale, ce qui a pour effet d'abaisser le rendement de cet élément (déjà très faible 30% à la pression nominale) à une valeur inacceptable.
Dans ce cas, l'élément monostable, sans pièce mobile, est avantageusement remplacé par l'ensemble décrit ci-dessous et spécialement conçu à cet effet. Il est composé de trois parties A, B et C (fig. 4).
Les parties A et B sont collées l'une contre l'autre par l'intermédiaire d'un joint étanche 1. Au milieu de la masse de ces deux blocs, collés l'un à l'autre, on a tourné un espace cylindroconique 2. De part et d'autre de ce logement, ont été forés deux canaux 3 et 4 se terminant vers l'extérieur par des cônes 5 et 6.
Dans l'espace ainsi délimité, une tige 7 portant deux cônes 8 et 9 à ses extrémités et un bicône 10 dans sa partie centrale peut se déplacer librement sur une distance de 1 mm maximum.
Le réglage des cônes sur la tige est réalisé de façon telle que lorsque la tige se trouve à fond à droite, le cône 8 obture parfaitement le siège d'échappement 5 et le bicône 10, la partie droite de l'espace cylindro-conique 2. Dans cette position, la pression de commande Pc admise par le canal 11 ne peut sortir que par le canal 12 vers l'utilisation, ici un vérin, alors que le canal 13 est à l'échappement. De même, lorsque la tige 7 se trouve à fond à gauche, le canal 12 est mis à l'échappement, le bicône 10 obture la partie gauche de l'espace cylindro-conique 2 et le cône 9 est appliqué contre son siège 6. La pression de commande est ici envoyée vers le canal de sortie 13. Il est donc possible, grâce à cet ensemble, de commuter la pression d'entrée Pc vers 12 ou 13 suivant la position de la tige.
Les avantages de ce système sont mul tiples:
- aucune limitation de la pression de commande qui peut être très faible ou très élevée suivant les besoins;
- rendement très élevé, c'est-à-dire haut rapport de la pression de sortie sur la pression d'entrée (90%);
- construction très simple et robuste, facilement réalisable sans aucune contrainte commerciale onéreuse comme pour l'élément monostable sans pièce mobile.
On pourrait reprocher à ce système d'être composé de pièces mobiles diminuant le temps de réponse. En réalité, si cette observation est exacte, il n'en reste pas moins vrai que celui-ci reste petit et très largement suffisant pour les besoins du système. Cette performance est due en partie au faible déplacement de la tige (1 mm).
Il faut noter que l'amplification mise au point pour les besoins particuliers du système faisant l'objet de la présente invention n'est ni un amplificateur sans pièce mobile à effet Coanda, ni un amplificateur du type à membrane, ni un distributeur à tiroir 3/2 à commande électrique, mécanique ou pneumatique.
Le bloc C constitue la tuyère proprement dite dont la description a été faite plus haut. Toutefois, dans ce nouvel ensemble, le tube 6 de la fig. 4 n'est plus nécessaire, il est réalisé directement dans la masse de C (canal 14 de la fig. 4).
L'orifice du canal 14 est obturé par une membrane extensible 15 pouvant prendre une certaine flèche lorsqu'une pression lui est appliquée. La membrane 15 est rendue solidaire de la tige 7 (fig. 5).
On obtient un système plus fiable en remplaçant la membrane extensible 15 par un petit cylindre 19 dans lequel coulisse un piston 20 dont l'axe est constitué par la tige 7 de l'amplificateur pneumatique.
Lorsque l'orifice 16 de la tuyère est obturé, la pression appliquée en 14 déplace le piston et la tige 7 vers la gauche. Dès que la palette s'écarte de la tuyère, la pression dans le canal 14 s'annule et le piston est rappelé dans sa position de départ par l'intermé- diaire du ressort 17.
Le canal 18 permet de prélever la pression nécessaire à la réalisation du système P.I.D. comme décrit plus haut.