PROCEDE DE FABRICATION D'UN ENROULEMENT A FILS SEPARES

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'enroulements comportant une pluralité de fils bobinés en parallèle dévidables sous forme d'une seule mèche assemblée, ces fils étant à usage technique, notamment à base de verre ou de polymère thermoplastique. Selon un autre aspect de l'invention, elle vise également l'enroulement ainsi obtenu ainsi que le dispositif permettant la mise en œuvre de ce procédé.

Dans le cadre de la fabrication de fils de verre de renforcement, la fabrication d'une mèche assemblée résulte d'un processus industriel complexe qui consiste à obtenir des fils à partir de filets de verre fondu s 'écoulant au travers des orifices de filières. Ces filets sont étirés sous forme de filaments continus, puis ces filaments sont rassemblés en fils de base, lesquels fils sont ensuite généralement collectés sous forme de gâteaux destinés à un usage interne car difficiles à transporter. Les gâteaux sont ensuite positionnés sur des cantres qui alimentent un bobinoir sur lequel est formé la pelote cylindrique de roving (mèche) assemblé. Les produits obtenus ne sont pas exempts de défauts tels que des ondulations ou des boucles provenant de différences de tension des fils de base.

La fabrication de mèche multifilamentaire en une seule opération et directement sous filière (roving direct) conduit à la réalisation de bobines cylindrique d'un seul gros fil dont les brins (au sens de filaments continus) sont bien équitendus.

Au sens de l'invention, les bobines se présentent également sous forme d'enroulements à flancs droits ou sous la forme d'enroulements cylindriques, et sont généralement dénommées sous le nom de « roving » ou de « pelote » en fonction de leur destination finale.

La mise sous forme de bobine est réalisée à l'aide de bobinoirs, qui comme leur nom l'indique, sont chargés d'enrouler à très haute

vitesse (environ 10 à 50 mètres par seconde) les fils de verre qui ont été préalablement ensimés.

Ces bobinoirs assurent l'étirage et l'enroulement de ces filaments et les paramètres de fonctionnement de ces bobinoirs conditionnent avec ceux de la filière les caractéristiques dimensionnelles du fil, notamment le titre exprimé en tex (le tex étant le poids en grammes de

1000 mètres de fibres ou fils).

Classiquement un bobinoir est placé à peu près sous une filière, de laquelle descend une ou plusieurs mèches de fils rassemblée en un point ou plusieurs points, ces fils sont ensuite bobinés en direct sur une broche rotative par l'intermédiaire d'un ou plusieurs curseurs à une gorge assurant la répartition axiale des fils rassemblés le long d'une ou de plusieurs bobines par un mouvement de va et vient synchronisé avec la rotation de la broche , ce curseur ou ces curseurs font partie d'un sous-ensemble que l'on appelle encroisure , qui est monté sur un support mobile permettant son repositionnement permanent au cours du bobinage, parallèlement à l'axe de broche pour lui permettre de conserver une certaine distance entre le ou les curseurs et la surface cylindrique externe de la ou des bobines dont le diamètre évolue tout au long de sa ou de leur construction.

Une première famille de bobinoir est dite à relance manuelle, c'est-à-dire qu'un opérateur se charge de relancer manuellement les enroulements, et il est possible d'enrouler sur un même enroulement plusieurs fils, jusqu'à huit, voire seize fils (chacun des fils étant constitué d'une mèche de filaments).

Une seconde famille de bobinoir est dite à relance automatique. Dans ce cas, le bobinoir est plus complexe que ceux décrits précédemment, et il comporte en plus un barillet supportant une pluralité de broches (en général au moins au nombre de deux), chacune des broches mobiles en rotation, étant adaptées pour étirer et bobiner aux moins un empilement successivement sur chacune des broches, l'une des broches étant active pendant que l'autre est au repos pour permettre le déchargement de l'empilement venant d'être réalisé, un

automatisme couplé aux différents actionneurs du bobinoir se chargeant d'effectuer le passage d'au moins une mèche de filaments d'une broche à l'autre durant la rotation du barillet.

Avec ce type de technologie, on peut obtenir plusieurs empilements sur une même broche, chacun des empilements étant constitué que d'un seul brin de fils bobiné ayant ses propres caractéristiques .

Par contre, il n'est pas possible d'obtenir, comme à partir des bobinoirs à relance manuelle, sur un même empilement, un bobinage de plusieurs brins de qualité optimale, qui consiste dans son aptitude à être facilement déroulée, sans présence de boucles, de noeuds parasites, avec limitation des frottements.

La présente invention s'intéresse spécifiquement aux bobinoirs dont la relance est automatisée qui ne possèdent pas les inconvénients précédemment mentionnés, et qui autorisent le bobinage sur une même bobine, le bobinage séparé selon une qualité optimale, d'au moins deux brins de caractéristiques (notamment nombre de fils par brin, choix de la matière formant le fil...) différentes ou identiques

Pour ce faire, il est nécessaire que la précision du dépôt résultant d'une répartition axiale des fils bobinés en direct sur la broche rotative soit optimale.

A cette fin, le procédé de fabrication d'enroulements comportant une pluralité de fils assemblés à l'aide d'un bobinoir comprenant un barillet muni d'au moins une première et une seconde broche, chacune des première et seconde broches étant successivement soit au repos c'est-à-dire durant une phase de déchargement ou soit mobile en rotation c'est-à-dire durant une phase de bobinage d'un enroulement se caractérise en ce que

-on sépare les fils venant d'une filière en au moins 2 nappes, chacune des nappes formant une mèche de fils est enroulée sur un même enroulement à l'aide d'un curseur permettant de déposer simultanément en surface dudit enroulement les fils ainsi séparés, ledit enroulement étant supporté par l'une des broches,

- on procède à mise en mouvement du barillet de manière à faire passer l'une des broches de sa phase de bobinage à sa position de repos, l'autre broche passant alors de sa position repos à sa position de bobinage, durant cette mise en mouvement le curseur est écarté de la surface de l'enroulement

- durant cette étape de transition entre les broches, on procède à une séparation des mèches cheminant depuis la filière jusqu'à la surface dudit enroulement à l'aide d'un dispositif de séparation, ce dernier pouvant occuper une première position dans laquelle il permet d'une part d'écarter l'une de l'autre les mèches et d'autre part de les maintenir en position écartée, et une seconde position dans laquelle il n'interfère pas avec le trajet des mèches,

- on rapproche le curseur de la surface de l'enroulement, le mouvement alternatif intercepte alors le trajet de chacune des mèches séparées de manière à emprisonner chacune des mèches au sein dudit curseur et permettre le dépôt en surface de l'enroulement,

- on positionne le dispositif de séparation dans sa deuxième position.

Grâce à ces dispositions et notamment à la présence du dispositif de séparation, les mèches sont constamment conservées et identifiées durant toute la phase de transition, à savoir durant le passage d'une broche de bobinage à l'autre, permettant ainsi de bobiner sur un même enroulement au moins deux mèches de façon séparée.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

- on provoque l'accrochage de la mèche au sein du curseur par un mouvement de translation du curseur par rapport à ladite mèche, celui-ci venant dans un premier temps guider la mèche grâce à une zone de guidage puis dans un deuxième la verrouiller au sein d'une zone de verrouillage,

- on provoque l'accrochage de la mèche au sein du curseur par un mouvement d'indexation en position du curseur par rapport à celle de la mèche,

- le dispositif de séparation se positionne au voisinage du trajet des mèches de manière à d'une part, intercepter leur trajet et d'autre part à repousser au moins une première mèche d'au moins une seconde mèche de par et d'autre d'un plan médian,

Selon un autre aspect de l'invention celle-ci vise un bobinoir permettant la mise en œuvre du procédé précédemment décrit, le bobinoir comprenant essentiellement un châssis, ce châssis comportant un barillet mobile en rotation par rapport au châssis, ledit barillet étant d'au moins deux broches adaptées chacune pour supporter au moins un enroulement, chacune des broches étant mobile en rotation autour d'un premier axe sensiblement perpendiculaire au diamètre de l'enroulement de manière à étirer et enrouler simultanément au moins deux mèches sous la forme d'un enroulement de mèches séparées, et un dispositif d'encroisure au moins muni d'un curseur permettant de déposer en surface de l'enroulement les mèches séparées l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de séparation pouvant occuper une première position dans laquelle il permet d'une part d'écarter l'une de l'autre les mèches cheminant depuis une filière jusqu'au curseur et d'autre part de les maintenir en position écartée, et une seconde position dans laquelle il n'interfère pas avec le trajet des mèches. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ ou à l'autre des dispositions suivantes :

- le dispositif de séparation comporte au moins une palette pourvue au niveau de l'un de ses côtés d'au moins deux arêtes, ces arêtes étant sécantes de manière à définir entre elles un plan de séparation du passage d'au moins de deux mèches, chacune des mèches étant dirigée grâce à ces arêtes

vers des zones d'immobilisation positionnées respectivement au niveau des extrémités libres desdites arêtes,

- le dispositif de séparation est monté mobile en rotation par rapport au châssis, selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation des broches,

- le curseur est monté dans le dispositif d'encroisure et comporte un guide fil d'au moins deux gorges, chacune des gorges étant adaptée pour recevoir une mèche,

- le curseur comporte un guide fil globalement de forme trapézoïdale dont deux des côtés forment des parois en courbe adaptées pour guider une mèche jusqu'à une paroi en saillie par rapport à l'un des deux autres côtés du guide fil, cette paroi en saillie permettant de contraindre le déplacement de la mèche dans une gorge située au pied de ladite paroi en saillie, ladite gorge étant adaptée pour immobiliser ladite mèche,

- le curseur comporte un guide fil globalement de forme trapézoïdale, l'un des côtés est pourvu d'une pluralité de gorges, chacune des gorges étant adaptée pour immobiliser une mèche, - Les gorges comportent une partie borgne à flan parallèle et une partie s 'évasant vers l'extérieur dudit guide fil, Selon encore un autre aspect de l'invention, celle-ci vise un enroulement obtenu par le procédé précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de spires, préférentiellement au moins deux, chacune des spires étant constituée d'au moins une mèche constituée d'un matériau et étant séparée l'une d'entre elle d'un pas p.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : -les matériaux formant chacune des spires sont différents,

- les matériaux formant chacune des spires sont identiques, -chacune des mèches comporte un nombre identique de filaments,

- chacune des mèches comporte un nombre différent de filaments,

- l'une au moins des mèches est à base de filaments de fils comêlés de verre et de polymère thermoplastique, par exemple une polyoléfine un polyamide, un polyester, un polyuréthane thermoplastique

-l'une au moins des mèches est à base de filaments de verre, -il comporte au moins 2 spires séparées, chacune des spires étant respectivement formée d'une mèche de 400 à 4000 filaments de verre, préférentiellement de 800 à 1600 filaments de verre et d'une mèche de 200 à 4000 filaments de polypropylène, préférentiellement de 600 à 1600 filaments de polypropylène.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins :

- La figure 1 est une vue schématique de face d'un bobinoir selon l'invention,

- La figure 2 est une vue de face du dispositif de séparation destiné à utilisation en 2 mèches, - La figure 3 est une vue d'un curseur utilisable en combinaison avec le dispositif de séparation de la figure 2,

Selon un mode préféré de réalisation d'un bobinoir 1 selon l'invention illustré en figure 1, celui-ci comporte un châssis métallique obtenu par une technique de mécano soudages d'éléments métalliques préalablement usinés ou disponibles en standard dans le commerce. Ce châssis comporte essentiellement une embase sensiblement rectangulaire reposant sur des pieds judicieusement placés de manière à correspondre au gabarit ou à l'écartement des fourches d'un transpalette ou d'un dispositif de manutention analogue afin de faciliter l'implantation de ce bobinoir dans une position de fibrage.

Sur cette embase est assemblée une structure fermée en partie capotée qui est destinée à recevoir tous les composants nécessaires au fonctionnement du bobinoir 1. A ce titre, et de manière non limitative,

cette structure fermée conformée en armoire est pourvue des dispositifs de contrôle et de commande nécessaires aux diverses régulations des différents organes qui seront décrits plus loin dans la présente description, de réseaux, hydrauliques, électriques, d'air comprimé, et d'autres fluides nécessaires au fonctionnement desdits organes.

Sur la structure fermée coopère un barillet 2 qui fait saillie latéralement. Ce barillet 2 est monté mobile en rotation autour d'un axe de rotation et est maintenu au sein d'une des parois de la structure fermée par l'intermédiaire d'une pluralité d'organes de guidage (couronne à billes, glissière à billes par exemple).

En effet, ce barillet 2 constitue un ensemble support de broches 3, 4. Sur la figure 1, on remarque que le barillet 2 dispose de deux broches 3, 4, selon des positions diamétralement opposées [s'il n'y a qu'une broche, il n'est pas possible de faire le transfert automatique]. En variante, non représentée sur les figures, on pourrait concevoir un barillet comportant au moins trois, quatre broches, voire plus, suivant l'encombrement dont on dispose et les capacités de la filière positionnée en amont). Au sein du bobinoir 1, le barillet 2 permet d'amener une broche 3 préalablement déchargée et munie d'au moins une manchette vierge (au sens de l'invention, une manchette est un support en matière plastique, carton ou autre qui est destinée à recevoir la bobine de fil ou l'enroulement de fils) en position de bobinage et une autre broche 4 disposant de ses manchettes pleines en position de déchargement par des rotations de 180°. Chacune des broches 3, 4 solidaires du barillet 2 constitue un ensemble tournant adapté pour étirer et bobiner le fil 5 sur une manchette préalablement introduite sur la broche. Ce bobinage s'effectue selon un premier axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe de rotation du barillet par rapport à la structure du bâti. Sur la figure 1 , il apparaît un autre élément qui est essentiel pour la réalisation d'une bobine. Il s'agit du dispositif de positionnement et de guidage du fil sur la broche 6. Dans cet exemple, il s'agit d'un curseur mobile au sein d'une gorge, le curseur se déplaçant

linéairement suivant un deuxième axe sensiblement parallèle au premier axe ; l'ensemble étant monté au sein d'un ensemble qui peut se rapprocher ou s'écarter de la surface périphérique externe de la bobine au cours du bobinage de cette dernière. Cet ensemble est communément appelé « dispositif d'encroisure ».

Classiquement, et on pourra se reporter à la figure 3, un dispositif d'encroisure 6 comporte un organe conformé en un curseur mobile 7 linéairement au sein d'une gorge, ce curseur mobile 7 permet de positionner au moins un fil 5 sur la broche 3 ou 4 en rotation, le mouvement imprimé par le guide fil 7 consistant essentiellement en un mouvement d'oscillations ou de battements uniquement sur une longueur de la bobine.

Pour obtenir un enroulement complet, le curseur 7 est monté mobile selon un mouvement de va et vient en translation sur un arbre solidaire du châssis et parallèle à l'axe de la broche, ce deuxième mouvement de translation permettant ainsi de couvrir la longueur de la bobine.

Dans un mode préféré de réalisation, le curseur 7 représenté en figure 3 permet la dépose simultanée en surface d'un même et unique enroulement d'au moins deux mèches, chacune des mèches étant constituée d'une pluralité de fils 5, ces deux mèches étant séparées d'un pas p sous la forme, dans ce cas, de deux spires quasiment jointives. Ce type d'enroulement à spires séparées garantit toutefois un dévidage optimal, sans risque de noeuds et de boucles parasites. Ce curseur 7 est de forme globalement trapézoïdale dont la base 8 est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'enroulement.

Au niveau de ses côtés, le curseur 7 présente une surface courbe ou inclinée délimitant en fait des surfaces de guidage 9, 10 qui permettent lors du déplacement du curseur selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la broche d'intercepter la trajectoire d'une première mèche dans un sens de déplacement et d'une seconde mèche dans l'autre sens de déplacement alternatif, ces mèches étant issues d'une filière 11 (visible en figure 1) placée au dessus du

bobinoir 1, ces mèches grâce à ces surfaces de guidage inclinées étant ainsi dirigées vers une paroi en saillie 12 par rapport à la base 8 du curseur 7.

Cette paroi en saillie contraint chacune des mèches dans une zone de rétention 13, 14 et d'immobilisation conformée en une gorge (sur la figure 3, il apparaît 2 gorges, une pour chaque mèche).

Au sein de cette gorge 13, 14, la mèche est libre de coulisser avec le moins de frottement possible, par ailleurs, la matière constituant les surfaces de guidage et les gorges est choisie de manière à présenter localement une dureté élevée et un coefficient de friction le plus petit possible de manière à ne pas détruire et abîmer la mèche de filaments et notamment au niveau de son ensimage.

Le curseur 7, sensiblement trapézoïdal, présente des parois inclinées au niveau de ses côtés 9, 10 ainsi qu'au niveau des parois d'entrée de chacune des gorges 13, 14 de manière à favoriser le guidage de la mèche vers le fond de gorge qui est à axe parallèle. En variante, les inventeurs ont envisagé une interception de la trajectoire des mèches non pas par un mouvement alternatif du curseur 7 et ont préféré privilégier un mouvement d'indexation en position du curseur 7 par rapport au trajet des mèches, ce mouvement d'indexation en position étant facilité par les différents asservissements tant en position qu'en vitesse dont est pourvu un bobinoir de ce type, l'ensemble des mouvements de(s) broches(s) 3, 4, du barillet 2, du dispositif d'encroisure 6 et de son curseur 7, du dispositif de séparation 15 dont il sera fait état ci-dessous, est piloté par un automate programmable chargé de contrôler et piloter à chaque instant cet ensemble en vue d'un bobinage optimal d'un enroulement.

Quel que soit le mode de réalisation du curseur 7, le fonctionnement de ce dernier est combiné à celui du dispositif de séparation 15, représenté en figures 1 et 2.

Ce dispositif de séparation 15 est monté mobile en rotation par rapport au châssis (point d'articulation repéré A) et chemine entre une position de repos dans laquelle le trajet des mèches n'est pas dévié par

la position du dispositif de séparation 15 et une position dite de travail durant laquelle le dispositif de séparation 15 intercepte le trajet des mèches de manière à d'une part les écarter ou les séparer l'une de l'autre et d'autre part à les maintenir séparer durant la phase de transition.

On définit la phase de transition comme la phase durant laquelle les mèches venant d'être enroulées sur un enroulement jusqu'à obtenir une bobine pleine à partir du bobinage et de l'étirage sur une première broche doivent passer d'une manière automatique (c'est-à-dire sans intervention humaine de relance) sur une autre broche (en raison de la rotation du barillet), cette deuxième broche devant permettre le bobinage l'étirage de mèches de filaments en surface d'au moins un deuxième enroulement.

Durant cette phase de transition, il est capital que les mèches initialement bobinées sur l'enroulement d'une première broche d'une manière séparée (s'il y a deux mèches de fils 5 de matériau identique ou différent, cela correspond à une bobine de deux spires) ne soient pas mêlées ou perdues durant la rotation du barillet et que les deux mèches puissent de nouveau être bobinées et étirées sous forme séparée sur un deuxième enroulement supportée par la deuxième broche.

Pour ce faire, la décomposition des mouvements est la suivante : Lors de la phase de transition, le dispositif de séparation 15 passe de sa position de repos à sa position active, les mèches de filaments ou fils 5 issues d'une filière 11 située au dessus du bobinoir 1 viennent au contact d'une palette 16 solidaire du dispositif de séparation 15.

Comme on peut le voir sur la figure 2, la palette 16 forme globalement un losange dont l'un des axes de symétrie est positionné de telle façon qu'il sépare selon un plan médian le trajet des mèches, chacune des mèches passant de par et d'autre de ce plan médian.

Compte tenu des faces 17, 18 inclinées de la palette 16, chacune des mèches qui est contact de cette face est dirigée vers les extrémités libres du losange vers une zone de rétention 19, 20 ou de gorge adaptée

pour recevoir avec le moins de frottement possible chacune des mèches, les mèches ne pouvant pas s'échapper de ces zones durant toute la phase de transition.

Lorsque chacune des mèches est maintenue dans sa zone de rétention 19, 20, le dispositif d'encroisure s'écarte de la surface de l'enroulement ou de la bobine pleine, libérant le curseur 7 de sa mèche considérée, le barillet 2 effectue un mouvement de rotation de manière à disposer la deuxième broche 3 ou 4 prête à bobiner et étirer un deuxième enroulement selon des conditions similaires au précédent enroulement.

Lorsque la deuxième broche 3 ou 4 est prête à bobiner, le dispositif d'encroisure 6 se rapproche de la surface de l'enroulement, les mèches (toujours maintenues dans leur zone de rétention 19, 20 respective de la palette 16) viennent lécher la surface de l'enroulement (elles demeurent tendues par la position de la première broche) le dispositif de séparation 15 est positionné dans sa position de repos, libérant les mèches de leur zone de rétention 19, 20 respective.

Les mèches viennent alors intercepter le mouvement alternatif du curseur 7 comme cela a été expliqué ci-dessus. Lorsque chacune des gorges 13, 14 du curseur 7 est en prise avec sa mèche respective, le bobinage de l'enroulement peut être initialisé et Les bobines obtenues à partir d'un bobinoir fonctionnant selon les modalités du procédé précédemment décrit se distinguent de l'art antérieur de manière significative : En effet, il est possible de bobiner sur un même axe de broche et sur au moins un même enroulement (voire notamment deux juxtaposés) plusieurs mèches (au moins deux dans les exemples), chacune des mèches pouvant être constituée d'un nombre n et n' de filaments identiques ou différents, à partir d'un même matériau ou de matériaux différents, ces matériaux étant choisis parmi ceux à usage technique, comme par exemple ceux à base de verre, de thermoplastiques (polypropylène notamment).

Ces enroulements ont la faculté de se dévider, bien que chacune des spires soient séparées d'un pas p, sans risque de nœuds, ni de boucles parasites.

A titre d'exemple, on donne ci-après un exemple d'enroulement à base de « Twintex » ® qui est une marque déposée d'un fil comêlé de verre et de thermoplastique

Cet enroulement comporte au moins 2 spires séparées, chacune des spires étant respectivement formée d'une mèche de 400 à 4000 filaments de verre, préférentiellement de 800 à 1600 filaments de verre et d'une mèche de 200 à 4000 filaments de polypropylène, préférentiellement de 600 à 1600 filaments de polypropylène.

En effet, il peut être intéressant d'obtenir sur un enroulement aux moins 2 spires séparées en fonction des applications visées

Verre et thermoplastique : pour réaliser des étoffes combinées résistantes à la déchirure ou au poinçonnement

- Comêlé et verre : pour des applications de plaques thermoplastiques renforcées balistiques à délaminage contrôlé, par des tissus ou des tissus unidirectionnels thermoformés

- Comêlé et thermoplastique pour des mats à faibles taux de verre. Pour ces applications, il n'y avait pas de solutions dans l'art antérieur qui ne divulgue que des enroulements à spires séparées de nature identique et de titre éventuellement différent.