EP0619260A1 - Procédé de fabrication d'enroulements tronconiques de fil et enroulements en résultant - Google Patents

Procédé de fabrication d'enroulements tronconiques de fil et enroulements en résultant Download PDF

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EP0619260A1
EP0619260A1 EP94400745A EP94400745A EP0619260A1 EP 0619260 A1 EP0619260 A1 EP 0619260A1 EP 94400745 A EP94400745 A EP 94400745A EP 94400745 A EP94400745 A EP 94400745A EP 0619260 A1 EP0619260 A1 EP 0619260A1
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EP
European Patent Office
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speed
wire
winding
spindle
thread guide
Prior art date
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Granted
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EP94400745A
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German (de)
English (en)
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Inventor
Timothy Johnson
Patrick Moireau
Günther Mager
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Saint Gobain Adfors SAS
Original Assignee
Vetrotex France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Vetrotex France SA filed Critical Vetrotex France SA
Publication of EP0619260A1 publication Critical patent/EP0619260A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0619260B1 publication Critical patent/EP0619260B1/fr
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/10—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers for making packages of specified shapes or on specified types of bobbins, tubes, cores, or formers
    • B65H54/103—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers for making packages of specified shapes or on specified types of bobbins, tubes, cores, or formers forming frusto-conical packages or forming packages on frusto-conical bobbins, tubes, cores or formers
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    • B65H2701/312—Fibreglass strands
    • B65H2701/3122—Fibreglass strands extruded from spinnerets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S242/00—Winding, tensioning, or guiding
    • Y10S242/92—Glass strand winding

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of windings of glass wire wound at constant speed, and being in the form of frustoconical windings.
  • Wire windings are a common means of temporarily storing said wire which may be in different forms: single wire having a twist, plied yarns, etc. They are later used to supply yarn to textile machines operating at high speed. The wire must then be able to be easily extracted therefrom, avoiding any friction which could cause a break. In this area, frustoconical windings have a particular advantage compared to other forms of windings. In fact, the wire, drawn along the axis of the winding in the direction of its smallest diameter, therefore deviates immediately from the side of the coil as soon as a turn is detached from it. The risk that a turn is retained by an adjacent turn or that the wire comes to rub on the side of the winding is very low.
  • Some of the known solutions have the object of keeping the winding speed of the wire substantially constant despite the continuous variation in diameter of the support on which it is deposited. For this it is necessary to vary the speed of rotation of the support so that the wire constantly meets a surface whose peripheral speed is substantially constant.
  • the support being rotated by motor rollers this maintenance of the peripheral speed can only be obtained by alternating braking and rapid acceleration of said rollers.
  • Another difficulty is to prevent the pressure, which the motor rollers necessarily exert on the spool, from damaging the wire. This is all the more difficult to avoid when the wire is sensitive to friction by its very nature; this is particularly the case with glass strands.
  • This patent describes a process which makes it possible to produce a frustoconical winding on a cylindrical support provided with a straight flank at each of its ends. This result is achieved by a concomitant variation in the speed of the wire guide and the speed of rotation of the spindle carrying the support.
  • the variation of the spindle speed is caused by the variation of the motor torque, itself caused by the variation of the tension of the wire during its winding.
  • This process has a certain inertia and is only applicable to wires whose mechanical behavior makes it possible to absorb voltage variations, such as metallic wires, but it is not applicable to wires which do not have this capacity to absorb such voltage variations as glass strands.
  • the present invention relates to a method for directly obtaining, from a die from which are drawn continuous glass filaments gathered in the form of a wire, a frustoconical winding of said wire.
  • the subject of the present invention is in particular a method which allows a frustoconical winding to be obtained directly, whether the support on which the wire is wound is cylindrical or frustoconical.
  • the objects of the invention are achieved by a method according to which continuous glass filaments are drawn mechanically from a multiplicity of molten glass filaments flowing from the orifices of a die, then are coated with '' a size and gathered in a thread which is driven by a stretching device, and which consists, downstream of this device, in passing said thread at the end of the arm of a dancer roller and then winding it on a support fixed by one of its ends to a spindle with a rotational movement and to distribute the quantity of wire deposited on said support using a wire guide moving in a back-and-forth movement comes parallel to the axis of said support so as to obtain a frustoconical winding over at least part of its height, by assigning a constant value to the speed of rotation of the drawing device, by programming the speed of movement of the wire guide and the length of s we travel, by permanently measuring the difference between the constant wire drawing speed and its winding speed thanks to the movement of the dancer roller arm and by controlling the spindle
  • the spindle speed can be controlled or controlled in different ways. Thus, it can be slaved in real time to the movement of the arm carrying the dancer roller using a regulator with PID action, connected to the motor of said spindle via a frequency converter.
  • It can also be slaved to the movement of the arm carrying the dancer roller using a PID action regulator whose regulation parameters are programmed by a PLC, said regulator being connected to the spindle motor by means of a frequency converter.
  • the spindle rotation speed can be controlled, by means of a frequency converter, by a programmed automaton, said command being corrected after comparison with the signals transmitted to the automaton by the arm of the dancer roller during the deposition of the layers n-1; n-2 ... n-p.
  • the speed of movement of the wire guide for the deposition of each layer of wire can vary between at least two extreme values from the start to the end of the winding operation.
  • the speed of the wire guide can vary, for example, between two extreme values v1 and v2 for each layer deposited from the start of the winding operation to a predetermined layer “n”. For layers n + 1; n + 2, ... until the end of the winding operation the speed of the thread guide can remain constant between its cusp points.
  • the variation in the speed of the wire guide and the concomitant variation in the speed of rotation of the spindle thus makes it possible to vary the length of wire deposited on any portion of the surface of the winding, considered for at least part of the winding operation and comprised between two parallel planes one centimeter apart and perpendicular to the axis of said winding, for all or part of the layers of wire, according to the frustoconical shape desired for the final winding.
  • the length of wire deposited on the surface portion defined above will be called “length of wire by centimeter ”in the rest of the description.
  • the wire can be wound on a cylindrical support as well as on a frustoconical support.
  • This support may include at one of its ends a straight flank or a flank of frustoconical shape.
  • the speed of the thread guide can remain constant between its turning points from the start to the end of the winding operation.
  • the wire is wound on a frustoconical support.
  • a frustoconical winding by depositing superimposed layers of a wire on a cylindrical support, formed of internal layers deposited at the start of the winding operation in which the length of wire deposited per centimeter varies from top to bottom of the winding and from outer layers with a constant length of deposited wire.
  • the height of the layers of wire of which the frustoconical winding is formed may decrease progressively from the first layers deposited on the support to the layer forming the periphery of said winding.
  • a frustoconical winding can be obtained by depositing superimposed layers whose height decreases progressively from the first layers deposited on the chosen support winding up to the layer forming the periphery of the winding.
  • the speed of the thread guide varies or remains constant between the turning points of said thread guide.
  • the method according to the invention can be implemented in the context of an installation as shown diagrammatically in FIG. 3.
  • This installation comprises a die 21, shown diagrammatically, which is normally connected to a glass supply source.
  • This source not shown in the figure, can be the front part of an oven which distributes the molten glass to several channels, similar to the channel 21, supplied by simple gravity.
  • the die 21 can be supplied from cold glass, obtained and stored in the form of balls in a hopper disposed above the die.
  • the die 21 is generally made of platinum-rhodium alloy and heated by the Joule effect. This die allows the glass to be remelted or kept at a temperature sufficient for a viscosity suitable for drawing it in the form of continuous filaments.
  • the molten glass flows from a multiplicity of orifices, such as the nipples 22, and immediately drawn into a multiplicity of filaments 23, gathered here in a single sheet 24.
  • the filaments thus obtained have an average diameter generally between 5 ⁇ m and 14 ⁇ m.
  • This sheet 24 comes into contact with the device shown diagrammatically at 25, so that each filament 23 is coated with a size.
  • This device 25 is permanently supplied with a size taken off by the filaments 23 which slide on its surface.
  • the type of size deposited preferably consists essentially of a mixture of organic products. This avoids the inherent drying operation with the use of sizing in aqueous phase and the resulting drawbacks.
  • the ply 24 converges towards the assembly device 26 where the different filaments are brought together to give rise to the wire 27.
  • This device can consist of a simple grooved pulley or of a plate provided with a notch.
  • the wire 27, after passing over a guide member 28 such as for example a grooved pulley, is driven at constant speed by the device 29. This speed is generally equal to or greater than 10 meters per second.
  • This device illustrated schematically in Figure 3a, consists of a stretching wheel 30, driven by a motor not shown, which forms a capstan and a separator roller 31 freely rotating about its axis.
  • the wire 27 then passes through the groove of a dancer roller 32 freely rotating about its axis fixed at the end of an arm 33.
  • a device such as a spring 35, makes it possible to imposing a predetermined tension on the wire 27.
  • the arm 33 pivots about its axis. This movement is immediately recorded by the device 36.
  • the wire 27 is then wound using a wire guide such as the pulley 37.
  • the pulley 37 moved back and forth and moving initially between the two positions p1 and p2, distributes the wire on a barrel 38 provided at its base with a straight flank 39. This support is fixed to a spindle 40 driven in rotation by a motor 41.
  • An automatic machine imposes a constant speed on the motor of the stretching wheel 30, a condition which must be satisfied in order to obtain filaments 23 of constant diameter and therefore a wire 27 of constant titer.
  • the automaton also imposes on the wire guide 37 the speed or speeds of movement which must be respected during the whole winding operation in order to obtain a winding of a determined structure, as well as the length of its stroke.
  • the programming of this last characteristic makes it possible, for example, to progressively reduce the stroke of the thread guide at the start of the winding operation in order to obtain the conical shoulder as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the displacement or more precisely the rotation of the arm 33 of the dancer roller around its axis, caused by the appearance of a difference between the drawing speed and the wire winding speed, is transformed into an electrical signal by a potentiometer ( device 36).
  • This signal is transmitted to a proportional and derivative proportional action regulator.
  • the parameters of this regulator can be established by potentiometers or programmed by the PLC.
  • the signal processed by the regulator is transmitted to a frequency converter which controls the motor 41 of pin 40.
  • the rotation of the arm 33 of the dancer roller can also be recorded by an encoder placed on its axis in place of the previous potentiometer.
  • the encoder signal is transmitted to the PLC. After calculation according to the programmed parameters, the information is transmitted to the frequency converter which consequently controls the motor 41.
  • the previous regulation is a reactive regulation in real time according to the movement of the dancer roller. With more complex programming, it can be of the digital-predictive type with analog corrections.
  • the automaton after calculation as a function of programmable parameters, transmits information to the variator which controls the motor 41. Any rotation of the arm of the dancer roller is then recorded by the encoder fixed on its axis. The signal supplied by the encoder is transmitted to the PLC. The PLC after calculation and correction transmits modified information to the drive, etc.
  • FIGS 1 and 2 schematically illustrate two examples of glass wire windings obtained according to the invention.
  • each of the layers deposited since the start of the winding operation presents a very significant variation in the length of wire deposited per centimeter from the top of the winding to its base .
  • This is symbolized, in zone 13, by a series of layers whose thickness greatly increases from the top of the cylindrical barrel 11 to the right flank 12. This type of deposit is carried out until the frustoconical shape is obtained. desired for the final winding.
  • the following layers can then have a constant length of deposited wire per centimeter over their entire height. This is symbolized by layers 14 of constant thickness. In reality the thickness of these layers is not strictly constant from the start to the end of the winding operation. We can observe a very slight difference in the taper of the winding due to its magnification.
  • the winding 10 also has a conical shoulder.
  • FIG. 2 illustrates another type of winding 16 produced on a frustoconical barrel 17 provided with a frustoconical flank 18.
  • the layers deposited comprise a length of thread deposited per centimeter which remains constant over their entire height. This is symbolized by layers 19 of constant thickness.
  • This winding also has a frustoconical shoulder 20.
  • the annexed table gives, by way of examples, the characteristics and the manufacturing parameters of two kinds of frustoconical windings produced according to the invention. These windings were obtained from a 68 tex wire, formed from 408 glass filaments, with an average diameter of 9 micrometers, drawn at 2220 meters per minute.
  • winding n ° 1 was carried out on a cylindrical barrel provided with a straight side; winding n ° 2 on a frustoconical barrel also provided with a straight flank. These two windings have a conical top.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Winding Filamentary Materials (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'enroulements tronconiques de fils de verre. Ce procédé consiste, en aval d'un dispositif d'étirage (29) de filaments (23) de verre réunis en un fil (27), à faire passer ledit fil à l'extrémitédu bras (33) d'un galet danseur (32) puis à le bobiner sur un support (38) fixé par l'une de ses extrémités à une broche (40) animée d'un mouvement de rotation et à répartir la quantité de fil déposée sur ledit support à l'aide d'un guide-fil (37) se déplaçant selon un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe dudit de manière à obtenir un enroulement tronconique sur au moins une partie de sa hauteur, en attribuant une valeur constante à la vitesse de rotation du dispositif d'étirage (29), en programmant la vitesse de déplacement du guide-fil et la longueur de son trajet, en mesurant en permanence l'écart entre la vitesse d'étirage du fil qui est constante et sa vitesse de bobinage grâce au déplacement du bras du galet danseur et en asservissant la vitesse de rotation de la broche à l'écart ainsi mesuré de telle sorte que, pour chaque trajet du guide-fil, ladite vitesse varie entre deux valeurs extrêmes décroissant simultanément depuis le début jusqu'à la fin de l'opération de bobinage. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne la fabrication d'enroulements de fil de verre bobiné à vitesse constante, et se présentant sous forme d'enroulements tronconiques.
  • Les enroulements de fil sont un moyen courant de stockage temporaire dudit fil susceptible de se présenter sous différentes formes : fil simple comportant une torsion, fils retors, etc. Ils servent ultérieurement à alimenter en fil des machines textiles opérant à grande vitesse. Le fil doit alors pouvoir en être extrait facilement en évitant tout frottement qui pourrait engendrer une rupture. Dans ce domaine, les enroulements tronconiques présentent un avantage particulier par rapport aux autres formes d'enroulements. En effet le fil, entraîné le long de l'axe de l'enroulement en direction de son diamètre le plus faible, s'écarte de ce fait immédiatement du flanc de la bobine dès qu'une spire s'en détache. Le risque qu'une spire soit retenue par une spire adjacente ou que le fil vienne frotter sur le flanc de l'enroulement est très faible.
  • Un grand nombre de solutions ont été proposées pour obtenir de tels enroulements. Ceux-là peuvent être notamment réalisés en bobinant le fil à l'aide d'un guide-fil se déplaçant selon un mouvement de va-et-vient, parallèlement à l'axe d'un support tronconique, ce dernier étant mis en rotation grâce à des rouleaux moteurs venant s'appliquer initialement sur lui puis sur les couches de fil déposées.
  • Certaines des solutions connues ont pour objet de maintenir sensiblement constante la vitesse de bobinage du fil malgré la variation continue de diamètre du support sur lequel il est déposé. Pour cela il est nécessaire de faire varier la vitesse de rotation du support de manière que le fil rencontre en permanence une surface dont la vitesse périphérique est sensiblement constante. Le support étant mis en rotation par des rouleaux moteurs ce maintien de la vitesse périphérique ne peut être obtenu que par l'alternance de freinages et d'accélérations rapides desdits rouleaux.
  • Une série de solutions pour mettre en oeuvre un tel procédé sont décrites en tant qu'art antérieur dans la demande EP-A-0 343 540, qui propose elle-même une solution particulière.
  • Les difficultés qui doivent être surmontées pour mettre en oeuvre un tel procédé sont nombreuses et loin d'être négligeables. Parmi celles-ci, l'accélération et le freinage des rouleaux moteurs qui doivent être parfaitement contrôlés sous peine de provoquer un glissement entre les deux surfaces en contact. Ce risque limite la vitesse à laquelle le fil peut être bobiné; le document précité donne un exemple selon lequel la vitesse du fil est de 140m.min⁻¹.
  • Une autre difficulté est d'éviter que la pression, qu'exercent nécessairement les rouleaux moteurs sur la bobine, n'abîme le fil. Cela est d'autant plus difficile à éviter lorsque le fil est sensible au frottement de par sa nature même ; c'est en particulier le cas des fils de verre.
  • Il faut également remarquer qu'il n'est pas possible de bobiner un fil à l'aide de rouleaux moteurs sur un support muni d'un flanc à l'une de ses extrémités.
  • D'autres solutions permettent d'éviter l'utilisation de rouleaux moteurs, comme par exemple le brevet US-A-3 218 004.
  • Ce brevet décrit un procédé qui permet de réaliser un enroulement tronconique sur un support cylindrique muni d'un flanc droit à chacune de ses extrémités. Ce résultat est atteint grâce à une variation concomitante de la vitesse du guide-fil et de la vitesse de rotation de la broche portant le support. La variation de la vitesse de la broche est provoquée par la variation du couple moteur, elle-même causée par la variation de la tension du fil au cours de son bobinage.
  • Ce procédé présente une certaine inertie et n'est applicable qu'à des fils dont le comportement mécanique permet d'absorber les variations de tension, tels que des fils métalliques, mais il n'est pas applicable à des fils qui ne présentent pas cette capacité d'absorber de telles variations de tension comme les fils de verre.
  • la présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir directement, à partir d'une filière d'où sont étirés des filaments de verre continus rassemblés sous la forme d'un fil, un enroulement tronconique dudit fil.
  • La présente invention a notamment pour objet un procédé qui permet d'obtenir directement un enroulement tronconique, que le support sur lequel le fil est bobiné soit cylindrique ou tronconique.
  • Les buts de l'invention sont atteints grâce à un procédé d'après lequel, des filaments de verre continus sont étirés mécaniquement à partir d'une multiplicité de filets de verre fondu s'écoulant des orifices d'une filière, puis sont revêtus d'un ensimage et rassemblés en un fil qui est entraîné par un dispositif d'étirage, et qui consiste, en aval de ce dispositif, à faire passer ledit fil à l'extrémité du bras d'un galet danseur puis à le bobiner sur un support fixé par l'une de ses extrémités à une broche animée d'un mouvement de rotation et à répartir la quantité de fil déposée sur ledit support à l'aide d'un guide-fil se déplaçant selon un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe dudit support de manière à obtenir un enroulement tronconique sur au moins une partie de sa hauteur, en attribuant une valeur constante à la vitesse de rotation du dispositif d'étirage, en programmant la vitesse de déplacement du guide-fil et la longueur de son trajet, en mesurant en permanence l'écart entre la vitesse d'étirage du fil qui est constante et sa vitesse de bobinage grâce au déplacement du bras du galet danseur et en asservissant la vitesse de rotation de la broche à l'écart ainsi mesuré de telle sorte que, pour chaque trajet du guide-fil, ladite vitesse varie entre deux valeurs extrêmes décroissant simultanément depuis le début jusqu'à la fin de l'opération de bobinage.
  • La vitesse de rotation de la broche peut être asservie ou commandée de différentes manières. Ainsi, elle peut être asservie en temps réel au déplacement du bras portant le galet danseur à l'aide d'un régulateur à action PID, relié au moteur de ladite broche par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence.
  • Elle peut être aussi asservie au déplacement du bras portant le galet danseur à l'aide d'un régulateur à action PID dont les paramètres de régulation sont programmés par un automate, ledit régulateur étant relié au moteur de la broche par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence.
  • Elle peut être également asservie au déplacement du bras du galet danseur dont le signal est transmis à un automate qui, après conversion et calcul en fonction des paramètres programmés, transmet à son tour une information au variateur de fréquence relié au moteur de la broche.
  • Pour le dépôt d'une couche déterminée « n », la vitesse de rotation de la broche peut être commandée, par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence, par un automate programmé, ladite commande étant corrigée après comparaison avec les signaux transmis à l'automate par le bras du galet danseur lors du dépôt des couches n-1; n-2 ... n-p.
  • Dans le procédé selon l'invention, la vitesse de déplacement du guide-fil pour le dépôt de chaque couche de fil peut varier entre au moins deux valeurs extrêmes depuis le début jusqu'à la fin de l'opération de bobinage. Ainsi la vitesse du guide-fil peut varier par exemple entre deux valeurs extrêmes v₁ et v₂ pour chaque couche déposée depuis le début de l'opération de bobinage jusqu'à une couche « n » prédéterminée. Pour les couches n+1 ; n+2, ... jusqu'à la fin de l'opération de bobinage la vitesse du guide-fil peut demeurer constante entre ses points de rebroussement.
  • La variation de la vitesse du guide-fil et la variation concomitante de la vitesse de rotation de la broche permettent ainsi de faire varier la longueur de fil déposée sur une portion quelconque de la surface de l'enroulement, considérée pendant au moins une partie de l'opération de bobinage et comprise entre deux plans parallèles distants d'un centimètre et perpendiculaires à l'axe dudit enroulement, pour l'ensemble ou pour une partie des couches de fil, selon la forme tronconique désirée pour l'enroulement final. Par commodité, la longueur de fil déposée sur la portion de surface définie ci-dessus sera appelée « longueur de fil par centimètre » dans la suite de la description. La forme tronconique pouvant être engendrée par les seuls paramètres programmables de l'opération de bobinage, le fil peut être aussi bien bobiné sur un support cylindrique que sur un support tronconique. Ce support peut comprendre à l'une de ses extrémités un flanc droit ou un flanc de forme tronconique . Le procédé selon l'invention permet donc, directement à partir d'une filière, de réaliser différents enroulements tronconiques de fil de verre.
  • Ainsi selon l'invention, la vitesse du guide-fil peut demeurer constante entre ses points de rebroussement du début à la fin de l'opération de bobinage. Dans ce cas le fil est bobiné sur un support tronconique.
  • Selon l'invention, il est également possible de réaliser un enroulement tronconique par dépôt de couches superposées d'un fil sur un support cylindrique, formé de couches internes déposées au début de l'opération de bobinage dans lesquelles la longueur de fil déposée par centimètre varie du sommet à la base de l'enroulement et de couches externes présentant une longueur de fil déposé constante.
  • La hauteur des couches de fil dont l'enroulement tronconique est formé peut décroître progressivement depuis les premières couches déposées sur le support jusqu'à la couche formant la périphérie dudit enroulement.
  • Ainsi un enroulement tronconique peut être obtenu par dépôt de couches superposées dont la hauteur décroît progressivement depuis les premières couches déposées sur l'enroulement support choisi jusqu'à la couche formant la périphérie de l'enroulement. Selon que le support choisi est cylindrique ou tronconique, la vitesse du guide-fil varie ou demeure constante entre les points de rebroussement dudit guide-fil.
  • L'invention sera mieux appréciée grâce à la description détaillée ci-après, consacrée à quelques exemples de réalisation et illustrée par les figures suivantes :
    • · Les figures 1 et 2 représentent schématiquement en coupe longitudinale la structure interne de deux enroulements différents réalisés selon l'invention,
    • · La figure 3 représente une vue schématique d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
    • · La figure 3a représente une vue schématique d'une partie de l'installation illustrée par la figure précédente,
    • · La figure 4 représente le schéma de commande des dispositifs assurant le bobinage selon l'invention.
  • Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans le cadre d'une installation telle qu'illustrée schématiquement figure 3.
  • Cette installation comprend une filière 21, représentée schématiquement, qui est normalement reliée à une source d'alimentation en verre. Cette source, non représentée sur la figure, peut être l'avant-corps d'un four qui distribue le verre fondu à plusieurs filières, semblables à la filière 21, alimentées par simple gravité. La filière 21 peut être alimentée à partir de verre froid, obtenu et stocké sous forme de billes dans une trémie disposée au-dessus de la filière.
  • La filière 21 est généralement en alliage platine-rhodium et chauffée par effet joule. Cette filière permet de refondre le verre ou de le maintenir à une température suffisante pour une viscosité convenant à son étirage sous forme de filaments continus. Le verre fondu s'écoule d'une multiplicité d'orifices, tels que les tétons 22, et immédiatement étiré en une multiplicité de filaments 23, rassemblés ici en une seule nappe 24. Les filaments ainsi obtenus ont un diamètre moyen généralement compris entre 5 µm et 14 µm.
  • Cette nappe 24 vient en contact avec le dispositif schématisé en 25, de manière que chaque filament 23 soit revêtu d'un ensimage. Ce dispositif 25 est alimenté en permanence avec un ensimage prélevé au passage par les filaments 23 qui glissent à sa surface. Le type d'ensimage déposé est constitué, de préférence, pour l'essentiel d'un mélange de produits organiques. Ceci permet d'éviter l'opération de séchage inhérente à l'emploi d'ensimage en phase aqueuse et les inconvénients qui en résultent. Toutefois, il est également possible d'utiliser un ensimage en phase aqueuse dans le cadre du procédé selon l'invention. Dans ce dernier cas, l'installation comprendra un dispositif permettant d'éliminer la majeure partie de l'eau de l'ensimage déposé sur le fil avant son bobinage. Un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande de brevet déposée en FRANCE le 11 décembre 1992 sous le numéro 92.14910.
  • La nappe 24 converge vers le dispositif d'assemblage 26 où les différents filaments sont réunis pour donner naissance au fil 27. Ce dispositif peut être constitué par une simple poulie à gorge ou d'une plaque munie d'une encoche. Le fil 27, après passage sur un organe de guidage 28 tel par exemple qu'une poulie à gorge, est entraîné à vitesse constante par le dispositif 29. Cette vitesse est généralement égale ou supérieure à 10 mètres par seconde.
  • Ce dispositif, illustré schématiquement figure 3a, est constitué d'une roue d'étirage 30, mue par un moteur non représenté, qui forme cabestan et d'un rouleau séparateur 31 tournant librement autour de son axe.
  • Le fil 27 passe ensuite dans la gorge d'un galet danseur 32 tournant librement autour de son axe fixé à l'extrémité d'un bras 33. A l'autre extrémité 34 un dispositif, tel qu'un ressort 35, permet d'imposer au fil 27 une tension prédéterminée. Dès qu'il apparaît un écart entre la vitesse d'étirage de la roue 30 et la vitesse de bobinage du fil, le bras 33 pivote autour de son axe. Ce mouvement est immédiatement enregistré par le dispositif 36. Le fil 27 est ensuite bobiné à l'aide d'un guide-fil tel que la poulie 37. La poulie 37, animée d'un mouvement de va-et-vient et se déplaçant initialement entre les deux positions p₁ et p₂, répartit le fil sur un fût 38 muni à sa base d'un flanc droit 39. Ce support est fixé sur une broche 40 mue en rotation par un moteur 41.
  • Le principe du circuit de régulation de cette installation est schématisé par le diagramme représenté figure 4.
  • Un automate impose au moteur de la roue d'étirage 30 une vitesse constante, condition qui doit être satisfaite impérativement pour obtenir des filaments 23 de diamètre constant et donc un fil 27 de titre constant. L'automate impose également au guide-fil 37 la ou les vitesses de déplacement qui doivent être respectées pendant toute l'opération de bobinage pour obtenir un enroulement d'une structure déterminée, ainsi que la longueur de sa course. La programmation de cette dernière caractéristique permet, par exemple, de réduire progressivement la course du guide-fil au début de l'opération de bobinage afin d'obtenir l'épaulement conique tel que représenté sur les figures 1 et 2. Dans le cas d'un bobinage sur un support muni d'un flanc tronconique (figure 2), cette programmation permet également de modifier la course du guide-fil afin de déposer les dernières spires de chaque couche à un niveau légèrement inférieur à celui atteint par les dernières spires de la couche précédente.Il est ainsi possible d'éviter qu'une accumulation indésirable de spires se forme dans la zone de fin de course, du guide-fil. Avec un support muni d'un flanc tronconique l'enroulement peut être formé uniquement de couches présentant une longueur de fil par centimètre constante d'une extrémité de l'enroulement à l'autre.
  • Le déplacement ou plus exactement la rotation du bras 33 du galet danseur autour de son axe, provoquée par l'apparition d'un écart entre la vitesse d'étirage et la vitesse de bobinage du fil, est transformée en signal électrique par un potentiomètre (dispositif 36). Ce signal est transmis à un régulateur à action proportionnelle intégrale et dérivée. Les paramètres de ce régulateur peuvent être établis par des potentiomètres ou programmés par l'automate. Le signal traité par le régulateur est transmis à un variateur de fréquence qui commande le moteur 41 de la broche 40.
  • La rotation du bras 33 du galet danseur peut être également enregistrée par un encodeur placé sur son axe en lieu et place du potentiomètre précédent. Le signal de l'encodeur est transmis à l'automate. Après calcul en fonction des paramètres programmés, l'information est transmise au variateur de fréquence qui commande en conséquence le moteur 41.
  • La régulation précédente est une régulation réactive en temps réel en fonction du déplacement du galet danseur. Moyennant une programmation plus complexe, elle peut être du type digital-prédictive avec corrections analogiques.
  • Ainsi l'automate, après calcul en fonction de paramètres programmables, transmet une information au variateur qui commande le moteur 41. Toute rotation du bras du galet danseur est alors enregistrée par l'encodeur fixé sur son axe. Le signal fourni par l'encodeur est transmis à l'automate. L'automate après calcul et correction transmet une information modifiée au variateur, etc...
  • Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement deux exemples d'enroulements de fil de verre obtenus selon l'invention.
  • L'enroulement de la figure 1 présente la structure suivante : chacune des couches déposées depuis le début de l'opération de bobinage présente une variation très importante de la longueur de fil déposé par centimètre depuis le sommet de l'enroulement jusqu'à sa base. Cela est symbolisé, dans la zone 13, par une série de couches dont l'épaisseur augmente fortement depuis le sommet du fût cylindrique 11 jusqu'au flanc droit 12. Ce type de dépôt est réalisé jusqu'à l'obtention de la forme tronconique désirée pour l'enroulement final. Les couches suivantes peuvent alors présenter une longueur de fil déposé par centimètre constante sur toute leur hauteur. Cela est symbolisé par des couches 14 d'épaisseur constante. En réalité l'épaisseur de ces couches n'est pas rigoureusement constante du début à la fin de l'opération de bobinage. On peut observer une très légère différence de la conicité de l'enroulement due à son grossissement. L'enroulement 10 présente également un épaulement conique.
  • La figure 2 illustre un autre type d'enroulement 16 réalisé sur un fût tronconique 17 muni d'un flanc tronconique 18. Les couches déposées comprennent une longueur de fil déposé par centimètre qui demeure constante sur toute leur hauteur. Cela est symbolisé par des couches 19 d'épaisseur constante. Cet enroulement présente également un épaulement tronconique 20.
  • Le tableau en annexe donne à titre d'exemples, les caractéristiques et la paramètres de fabrication de deux sortes d'enroulements tronconiques réalisés selon l'invention. Ces enroulements ont été obtenus à partir d'un fil de 68 tex, formé de 408 filaments de verre, d'un diamètre moyen de 9 micromètres, étirés à 2220 mètres par minute.
  • L'ensimage déposé sur ces filaments présente la composition suivante, exprimée en pourcentages pondéraux :
    • ♢ stéarate d'isobutyle   4.25 %
    • ♢ silicone acrylate (commercialisé sous la référence Ebecryl 1360 par la société Union Chimique Belge)   14.25 %
    • ♢ carbonate diacrylate (commercialisé sous la référence Acticryl CL 993 par la société Harcros)   14.25 %
    • ♢ N-vinyl pyrrolidone   33.25 %
    • ♢ triméthylolpropanetriacrylate éthoxylé (commercialisé sous la référence SR454 par la société Cray Vallée)   19.00 %
    • ♢ 1-hydroxycyclohexyl phénylcétone (commercialisé sous la référence Irgacure 184 par la société Ciba-Geigy)   10.00 %
    • ♢ triméthoxysilane éthoxylé (commercialisé sous la référence Silane Y 5889 par la société Union Carbide)   5.00 %
  • L'enroulement n° 1 a été réalisé sur un fût cylindrique muni d'un flanc droit ; l'enroulement n° 2 sur un fût tronconique également muni d'un flanc droit. Ces deux enroulements présentent un sommet conique.
    Figure imgb0001

Claims (16)

  1. Procédé de fabrication d'un enroulement de fil de verre d'après lequel des filaments de verre continus sont étirés mécaniquement à partir d'une multiplicité de filets de verre fondu s'écoulant des orifices d'une filière, puis sont revêtus d'un ensimage et rassemblés en un fil qui est entraîné par un dispositif d'étirage, et qui consiste, en aval de ce dispositif, à faire passer ledit fil à l'extrémité du bras d'un galet danseur puis à le bobiner sur un support fixé par l'une de ses extrémités à une broche animée d'un mouvement de rotation et à répartir la quantité de fil déposée sur ledit support à l'aide d'un guide-fil se déplaçant selon un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe dudit de manière à obtenir un enroulement tronconique sur au moins une partie de sa hauteur, en attribuant une valeur constante à la vitesse de rotation du dispositif d'étirage, en programmant la vitesse de déplacement du guide-fil et la longueur de son trajet, en mesurant en permanence l'écart entre la vitesse d'étirage du fil qui est constante et sa vitesse de bobinage grâce au déplacement du bras du galet danseur et en asservissant la vitesse de rotation de la broche à l'écart ainsi mesuré de telle sorte que, pour chaque trajet du guide-fil, ladite vitesse varie entre deux valeurs extrêmes décroissant simultanément depuis le début jusqu'à la fin de l'opération de bobinage.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la broche est asservie en temps réel au déplacement du bras portant le galet danseur à l'aide d'un régulateur à action PID, relié au moteur de ladite broche par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractéristique en ce que la vitesse de rotation de la broche est asservie au déplacement du bras portant le galet danseur à l'aide d'un régulateur à action PID dont les paramètres de régulation sont programmés par un automate, ledit régulateur étant relié au moteur de la broche par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la broche est asservie au déplacement du bras du galet danseur dont le signal est transmis à un automate qui, après conversion et calcul en fonction des paramètres programmés, transmet une information au variateur de fréquence relié au moteur de ladite broche.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la broche est commandée pour le dépôt d'une couche « n », par l'intermédiaire d'un variateur de fréquence, par un automate programmé, ladite commande étant corrigée après comparaison avec les signaux transmis à l'automate par le bras du galet danseur lors du dépôt des couches n-1, n-2, ... n-p.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fil est entraîné et bobiné à une vitesse linéaire au moins égale à 10 mètres par seconde.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du guide-fil, pour le dépôt de chaque couche, varie entre au moins deux valeurs extrêmes depuis le début jusqu'à la fin de l'opération de bobinage.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du guide-fil, pour chaque couche déposée au début de l'opération de bobinage, varie entre au moins deux valeurs extrêmes, ladite vitesse demeurant ensuite constante entre les points de rebroussements dudit guide-fil pour le dépôt des couches suivantes jusqu'à la fin de l'opération de bobinage.
  9. Procédé selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du guide-fil est constante entre les points de rebroussements dudit guide-fil du début à la fin de l'opération de bobinage.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la longueur de la course du guide-fil décroît pendant au moins une partie de la durée de l'opération de bobinage.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches de fil sont superposées sur un support cylindrique.
  12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches de fil sont superposées sur un support tronconique.
  13. Enroulement de fil de verre obtenu selon le procédé défini par l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'un fil constitué de filaments dont le diamètre moyen est compris entre 5 et 14 micromètres.
  14. Enroulement selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est formé d'un fil revêtu d'un ensimage constitué pour l'essentiel d'un mélange de produits organiques.
  15. Enroulement selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il est bobiné sur un support cylindrique ou tronconique.
  16. Enroulement selon la revendication 15, caractérisé en ce que le support comprend un flanc droit ou tronconique à l'une de ses extrémités.
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