SECTEUR TECHNIQUE

L'invention concerne le secteur technique des « machines tournantes » à lyre destinées à l'assemblage de câbles, et tordage de fils, torons, notamment celles permettant de réaliser des doubles ou triples torsions (opérations dites de «toronnagè»).

On rappelle que ce genre de machine tournante ou lyre est bien connue de l'homme de métier, et sert notamment à tordre des fils individuels pour fabriquer des câbles, notamment des câbles destinés à transporter l'électricité, qui requièrent des propriétés physiques (tension, torsion, symétrie etc.. ) de très haute perfection.

On utilisera dans toute la présente demande, y compris les revendications, le terme générique de « câble » pour désigner le câble, ou fil, ou toron destiné à circuler ou « défiler », comme il est bien connu, dans ou le long de la surface longitudinale de la lyre (le tout avec des moyens de « guidage » appropriés eux aussi connus dans leur principe), la lyre tournante servant à imprimer une torsion à ce « câble », également de manière bien connue.

Il est également connu que le « câble » (ou fil etc..) provient soit d'une dévideuse (tambour) soit d'une autre lyre combinée à la première.

Pour l'exposé des généralités concernant les lyres, l'homme de métier pourra se référer utilement au brevet français ° 99 05435, à titre non limitatif.

CONFIRMATION C0PY Une lyre générique est représentée sur la fig. 1 annexée.

La présente invention concerne essentiellement un moyen de guidage du « câble » (ou fil, toron, etc., le tout « câble » par simplicité).

ART ANTERIEUR

On connaît des dispositifs présentant des lyres réalisées en fibres composites (carbone et fibre de verre, principalement), en bois ou en acier.

Afin de maintenir le câble en position l'homme du métier a mis au point des éléments de guidage de câbles (notamment des passe-fil, oeillets) permettant le maintien dudit câble en un certain nombre de points le long de la lyre.

Des problèmes sont apparus résultant du fait que, la lyre tournant à très haute vitesse et le câble n'étant pas fixe, celui-ci heurte les parois des passe-fil, provoquant de fait des fragilités dans le câble, voire pouvant même le casser.

Il faut, en effet, bien comprendre que l'homme de métier est confronté de manière générale à un double mouvement (en combinaison), le premier étant le défilement rapide du câble le long de la lyre et le second (simultané et en combinaison, ce qui produit sur le câble l'effet mécanique recherché) étant la rotation rapide de la lyre autour d'un axe de rotation. Il est également bien connu que, de manière générale, le câble (ou fil, toron etc .. ) est amené le long de la lyre à une extrémité de celle-ci, évidemment selon ledit axe de rotation, et ressort de la lyre à l'autre extrémité, également selon le même axe de rotation de la lyre, pour des raisons évidentes de cinématique. De plus, l'aérodynamique de l'ensemble lyre, éléments de guidage du câble, câble, n'est absolument pas optimale et, aux grandes vitesses de rotation de la lyre considérées, la résistance de l'air ambiant est très importante, et crée une traînée importante qui peut être perturbée, avec des effets mécaniques potentiellement très dangereux. Ceci aura de plus pour conséquence que le moteur de la lyre va consommer plus d'énergie.

Un autre inconvénient va être que les chocs répétés sur les câbles ainsi que le passage « à découvert » du câble dans le flux d'air vont générer des vibrations dangereuses en elles mêmes et, de plus, par un effet de pression, un niveau de bruit trop important pour l'opérateur.

L'homme du métier a donc recherché des améliorations aérodynamiques sur la forme de la lyre, notamment pour supprimer les passe-fils.

On connaît dans ce domaine, notamment le brevet USP 5,809,763 (Kamatics) qui présente une lyre ayant une section droite de forme aérodynamique améliorée, que l'on appellera en section droite en forme de « goutte » ou « aile d'avion » pour une meilleure pénétration dans l'air. L'élément de guidage de câble n'est plus externe mais est intégré à la lyre. Pour ce faire, les lyres présentent un orifice longitudinal sur toute leur longueur, ce qui permet le passage du câble au travers et à l'intérieur de la lyre.

Le câble passant au travers la lyre, l'air ne provoque plus de frottements et la forme aérodynamique de la lyre permet une bonne pénétration dans l'air et donc une réduction de la puissance moteur.

Une économie d'énergie est donc réalisée avec une limitation des frottements de l'air. PROBLEME TECHNIQUE POSE :

Néanmoins, la création de ces lyres aérodynamiques ne résout pas l'un des problèmes techniques mentionnés ci-dessus : le fait que le câble puisse s'user, voire casser lorsque la lyre tourne à haute vitesse.

En effet, même si les passe-fils ont été remplacés par un orifice longitudinal intégré dans la lyre, le câble reste « libre » dans cet orifice et lorsque la lyre va être en rotation à haute vitesse, ledit câble viendra toujours heurter (violemment) les parois du « canal » ménagé dans la lyre avec les mêmes conséquences d'usure puisque les chocs répétés vont détériorer le câble.

Un autre inconvénient est que le câble usé crée des débris (fragments, poussières de câbles) qui viennent encombrer l'orifice. Par conséquent, il est nécessaire de démonter la lyre pour pouvoir retirer ces débris. Certains documents de l'art antérieur prévoient des systèmes d'aération, mais ceux-ci peuvent se révéler inefficaces et donc inutiles.

On connaît dans ce domaine le brevet Kamatics US 6,223,513, qui décrit, dans le cadre d'une telle lyre aérodynamique, un élément de guidage de câble 112 combiné à des orifices d'échappement de la pression d'air, 108. Le guidage de câble 112 est expressément conçu pour comporter des espaces importants entre les spires, de telle sorte que les débris qui viennent d'être mentionnés puissent en être facilement délogés. Ceci est indiqué comme impératif col. 3 ligne 5 - 7 « à la condition que des « openings » (ouvertures, espaces) soient ménagés dans le guide-câble afin de permettre aux débris de libérer (« exit ») le passage de câble 106 ». On note que dans ce document, il est prévu des orifices 108, 110 par lesquels l'effet de compression de l'air peut s'échapper, ce qui crée dans le passage de câble 106 un « écoulement de fluide » « d'une zone de haute pression vers les orifices », écoulement « sans lequel les débris s'accumuleraient dans le passage 106 » (résumé approximatif du bas de la col. 2). Ce document, très probablement l'art antérieur de loin le plus proche, enseigne donc de forcer les débris à être éjectés du passage de câble par la combinaison d'espaces larges (cf. figure 3 notamment et description comme « open wound spring » ou ressort à spires ouvertes col. 3 I. 36) qui laissent les débris plus ou moins libres grâce à ces espacements délibérés et importants entre les spires, avec un écoulement différentiel d'air qui profite de ce degré de liberté des débris entre les spires pour les expulser, et également en combinaison avec une zone de haute pression sur « l'intrados » 104 de la coupe droite en « airfoil » (profil en aile d'avion) créant un différentiel de pression grâce à la zone de basse pression sur « l'extrados » 102, créant une aspiration/éjection violente via les orifices 108, 110.

Le guide 12 est décrit comme un ressort de guidage usé (« worn wire guide spring » 1 2 col. 3 I. 25) qui peut être facilement retiré de l'orifice longitudinal et remplacé par un autre car, naturellement, il est soumis à une usure importante.

Ce document ne prévient absolument pas la formation de débris, donc l'usure du câble, il vise seulement à expulser ces débris plus ou moins en continu.

Il existe donc un réel besoin de créer un dispositif de type lyre permettant de garantir au maximum la non usure du câble.

DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un dispositif de type lyre de forme profilée à section aérodynamique de préférence ovoïde présentant :

- un orifice ou tube interne ou « canal » créé tout au long de l'axe longitudinal de ladite lyre, dans la masse de ladite lyre, - un élément de guidage interne disposé dans ce « tube interne », sur toute la longueur de la lyre, adapté pour que le câble pénètre par une extrémité et ressorte par l'autre.

Dans un premier temps, on crée un évidement longitudinal dans la section droite de la lyre (évidement dont le diamètre est naturellement supérieur à celui du câble) tout au long de celle-ci. (« tube interne »).

On insère alors ledit élément de guidage selon l'invention qui est adapté pour s'insérer facilement dans cet évidement ou « tube interne ».

Afin de maintenir cet élément de guidage en position, celui-ci est fixé au niveau des extrémités, par tout moyen connu, notamment par un élément de fixation à vis.

Les diamètres intérieur du tube interne, extérieur de l'élément de guidage, et extérieur du « câble » seront évidemment optimisés pour que l'élément de guidage soit maintenu légèrement en position dans le tube interne et pour que le « câble » ne dispose que d'un espacement vibratoire minimal.

Ces notions de simple géométrie seront évidentes à l'homme du métier.

L'invention concerne donc une lyre du type décrit ci-dessus, et dont la caractéristique essentielle réside dans un élément de guidage qui est un élément de préférence métallique de type ressort à spires « fermées » c'est-à-dire sans espace entre elles. Les spires sont donc adjacentes. Ceci est exactement l'inverse de la solution à spires « ouvertes » du brevet Kamatics USP '513.

De plus la présente invention n'emploie pas obligatoirement d'orifices 108/110 ni de différentiel de pression 102/104, contrairement au brevet Kamatics précité.

La présente invention a donc vaincu les préjugés de l'art antérieur. Le câble sera inséré à une extrémité de la lyre et passera au centre des spirales dans l'élément de guidage.

Cet élément de guidage sera rendu amovible par glissement hors du tunnel pour faciliter son remplacement ou tout simplement pour le nettoyer des débris et autres poussières.

Le Demandeur a remarqué que, de manière toute à fait surprenante, l'élément de guidage de câble atténuait grandement l'usure du câble (malgré l'augmentation de la surface de contact avec les spires, comparée à celle du brevet USP '513, ce qui est surprenant) car les spires adjacentes forment une succession de « petites bosses » et de « petits creux » qui de manière inattendue, et selon la théorie non limitative du Demandeur, atténuent l'effet de rebond du câble contre les parois des éléments de guidages traditionnels tout en générant des contacts ponctuels du câble plutôt qu'un frottement continu et donc beaucoup moins d'usure, et donc beaucoup moins de débris.

L'espacement des spires du ressort étant quasiment nul, celui-ci n'affecte pas la précision du pas d'assemblage du câble. L'effet de rebond étant moindre, les chocs reçus par le câble sont diminués, et par conséquent son usure l'est également. La quantité de débris étant ainsi très nettement réduite, ces débris n'ont plus besoin d'être éliminés en continu comme dans le USP '513. On réalise également une économie importante sur la perte de masse du câble, fil ou toron (« câble »).

Ceci est d'autant plus important que le dispositif de type lyre tourne à très haute vitesse, et que le câble défile lui aussi à grande vitesse.

Par « espacement quasiment nul » entre les spires du ressort de guidage, on désigne ici de manière tout à fait préférée un espacement nul (spires « adjacentes ») qui peut néanmoins tolérer de très faibles espacements, c'est-à-dire des espacements tellement faibles qu'ils ne pourront en aucun cas ni laisser les débris libres ni les laisser s'insinuer entre les spires. L'esprit de l'invention est donc un espacement « nul » qui peut tolérer de minimes imperfections de fabrication par exemple, de type accidentel.

En rejetant l'enseignement du brevet USP '513, la présente invention non seulement réduit l'usure du câble, mais aussi sa liberté de « flottement » dans le guide, et donc réduit très fortement les vibrations, chocs, et production de débris. Chaque point pris séparément est surprenant, et l'ensemble de ces avantages l'est encore plus.

Bien entendu, on aura noté que l'invention repose sur un guide (ou dénommé globalement « élément de guidage ») de « câble » dont la surface interne est formée par des « micro-bosses » alternant avec des « micro-creux ». Un ressort à spires fermées ou « adjacentes » a été décrit ci-dessus comme étant à ce jour le meilleur mode de réalisation, mais on envisagera tout tube interne de guidage, pouvant ne pas être un ressort, à condition que sa surface interne soit formée de micro-bosses alternant avec des micro-creux adjacents.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

L'invention concerne donc une lyre du type décrit ci-dessus, et dont la caractéristique essentielle réside dans un élément de guidage de « câble » (fil, toron, câble etc.. ) pour lyre d'assemblage / tordage / toronnage de « câble » enveloppant le « câble », au moins partiellement ou totalement par un corps (C), ladite lyre comportant un orifice longitudinal ou « tube interne » (O) ménagé dans la masse dudit corps (C) et sur toute la longueur de ladite lyre. Un élément de guidage (EG) de « câble » est logé dans ledit orifice (O) afin d'y guider le défilement longitudinal du « câble ». Ledit élément de guidage de « câble » (EG) présente sa surface interne (SI) délimitant le passage du « câble » (PF) formée de micro-bosses (MB) alternant avec des micro-creux (MC) « adjacents ». De manière préférée, l'élément de guidage (EG) enveloppe totalement le « câble ».

De telles micro-bosses (MB) et micro-creux (MC) « adjacents » et en alternance sont représentés sur la figure 9 annexée.

Un ordre de grandeur de l'amplitude (en hauteur) des micro creux et bosses est de 0,1 à 0,3 mm, pouvant aller jusqu'à 1 mm.

De manière tout à fait préférée, ledit « élément » est en fait de type ressort à spires « fermées » c'est-à-dire sans espace entre elles, les spires étant donc « adjacentes » avec donc un espacement « quasiment nul » (cf. définition ci-dessus), de préférence nul.

Dans le cas usuel où le « câble » est en cuivre, des micro-dépôts (MD) de débris de cuivre peuvent s'accumuler dans les micro-creux (MC). De manière surprenante, ces micro-dépôts, sans doute en raison de leur volume minuscule, ne perturbent en rien les avantages énoncés ci- dessus ; on a également noté qu'ils étaient délogés par le défilement du câble et que leur très faible masse faisait que même leur évacuation ne perturbait pas le système.

Selon une théorie possible, ces micro-dépôts ont même un effet « lissant » sur la surface interne (SI) du guide, qui limite encore plus les rebonds du câble.

Selon un mode de réalisation préféré, mais non limitatif, la lyre sera réalisée en fibre de carbone/époxy. L'élément de guidage sera, de préférence, en acier.

Le demandeur a remarqué une très nette réduction de la consommation électrique du moteur lyre pouvant aller jusqu'à 35%, liée directement à la réduction de la traînée aérodynamique.

Le profilé Kamatics du USP '513 (« airfoil » ou aile d'avion) serait encore plus favorable.

Les profilés ovoïdes et symétriques selon l'invention ont cependant la particularité très utile en pratique de permettre l'emploi de la machine dans un sens horaire ou anti horaire sans qu'elle soit démontée.

Une réduction du bruit engendrée par ladite réduction de traînée peut atteindre -2,5dB à haute vitesse, (voir tableau 1 ).

Tableau 1

Une amélioration de la résistance linéique des câbles (c'est-à-dire une diminution des pertes de diamètres) est également observée.

La colonne E représente la lyre selon la présente invention 5 La colonne B représente une lyre standard

Résistance linéi ue

Tableau 2

Il est également envisageable de placer dans le tube ou orifice interne (O) (c'est-à-dire le conduit tubulaire ménagé dans l'épaisseur de la lyre), un élément de renfort et de protection (EP) entre ledit tube interne et l'élément de guidage du câble (RS). Cet élément de renfort aura pour fonction de protéger et amortir les chocs subits par l'élément de guidage.

Ledit élément de protection (EP) est, de préférence, un tube de carbone, mis lors de la fabrication de la lyre.

DESSIN et EXEMPLES de REALISATION NON LIMITATIFS

Ces caractéristiques, et des éléments de mise en œuvre, seront mieux compris à la lecture des figures 1 à 9 annexées.

La figure 1 représente de manière connue une lyre tournante 1

entrée et une sortie de câble, fil ou toron.

Les figures 2 et 2a, ainsi que 3 et 3a , représentent respectivement les aménagements de détail de la zone d'entrée et de sortie du câble, ainsi (figures 2a et 3a) que respectivement les coupes transversales selon CC et respectivement DD de ces aménagements mécaniques bien connus en soi.

Les figures 4, 5 et 6 représentent trois modes non limitatifs de section droite d'une lyre selon l'invention. On a représenté sur ces figures une section droite de la lyre de forme dite ici « ovoïde » symétrique qui est la forme préférée. On voit qu'elle est symétrique et non pas en « airfoil » ou aile d'avion afin de permettre un changement de sens de rotation de la lyre.

Ces figures sont trois coupes selon GG de la figure 1. Comme déjà indiqué, toute forme globalement ovoïde et symétrique convient et est préférée, bien que dans certains cas on puisse se satisfaire d'une section en « airfoil » ou aile d'avion, ou toute autre forme favorisant l'entrée de la lyre dans l'air à grande vitesse de rotation.

Sur la figure 4 on voit distinctement deux évidements latéraux et évidemment symétriques (a) et (b) ; l'évidement lui même est visiblement le centre tubulaire (3) qui va courir tout le long de la lyre. On peut y adjoindre un élément protecteur (2) facultatif. Le but est d'alléger la lyre au maximum, en fonction naturellement du diamètre intérieur (Di) qui est le diamètre du câble. La figure 4 convient notamment à un Di de 4,7 mm.

Toujours sur la figure 4 on a représenté le mode préféré de l'invention, où le guide de câble (ou fil, toron, etc. ), ici le mode préféré qui est un ressort à spires adjacentes (RS), est disposé adjacent à un tube protecteur (EP) lui-même logé avec précision au montage dans l'orifice tubulaire (O) ménagé dans toute la longueur de la lyre.

On a vu que cet élément protecteur (EP) était facultatif mais très nettement préféré pour les raisons techniques indiquées.

L'ensemble laisse évidemment libre le passage de câble ou fil ou toron etc.. (PF), le « câble » n'étant pas représenté pour ne pas surcharger les figures.

PF est naturellement déterminé par Di, lui même adapté en fonction du diamètre extérieur du « câble », qui est très légèrement inférieur à Di, de manière comme il est connu de réduire les frictions entre le « câble » et (RS) et aussi pour n'autoriser qu'un flottement très faible du « câble ».

Le « jeu » entre le diamètre extérieur du câble et Di sera de d'au moins 0,6 mm - 0,8 mm et dépend du câble. Il sera aisé à l'homme du métier de définir la valeur optimale. Une valeur maximale sera de 3 - 3,5 mm, de préférence 0,8 -1 ,5 mm en fonction des câbles actuels.

La figure 5 est totalement comparable à la figure 4 sauf en ce qu'elle comporte 4 évidements latéraux (a, b et c, d). Une telle disposition convient par exemple à un diamètre de câble Di de 8 mm.

La figure 6 est également comparables aux figures 4 et 5 sauf en ce qu'elle ne comporte pas d'évidements latéraux de type (a, b,... ) ; comme indiqué, ces évidements ne sont pas obligatoires car ils sont destinés à alléger la masse de la lyre en rotation et donc diminuer à la fois la force centrifuge de la lyre et la puissance moteur nécessaire.

La figure 7 représente le guidage de « câble » et montre les spires (S) adjacentes et séparées par un intervalle ou espacement nul.

La figure 8 se compose de la figure 8a qui est la coupe en section droite selon BB de la figure 7, et de la figure 8b qui est (cercle et flèche) un agrandissement de la position de la « pointe » créée lorsque l'on coupe le ressort qui doit être positionnée (au moment du montage) de tells sorte que le fil ne vienne pas frotter dessus lors de son passage. A savoir que cette « pointe » est manuellement « poli » pour être la moins tranchante possible.

Les mêmes références représentent les mêmes éléments ou mesures que dans les figures précédentes, et L est la longueur de l'élément de guidage de câble.

La figure 9 représente une coupe longitudinale du guide de câble (RS) en ressort à spires (S) « adjacentes » avec intervalle ou espacement (ES) nul. Cette figure est destinée à montrer les micro-bosses (MB), les micro-creux MC se situant au niveau du diamètre intérieur (Di) du guide RS, avec naturellement l'axe de symétrie en rotation du guide RS, dénommé ASG. On remarque également les micro-dépôts (MD) de la très faible quantité de débris produite par le câble lors de son défilement dans le passage de câble ou fil ou toron etc (PF).

L'homme de métier saura naturellement calculer et appliquer toutes les tolérances entre les pièces, par exemple le compromis friction/flottement, ainsi que les tolérances sur les diamètres tube et ressort de telle sorte d'avoir le meilleur compromis interchangeabilité/maintien de position.

L'invention couvre également les lyres pour assemblage / tordage / toronnage de câbles et/ou tordage de fils caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément de guidage de « câble » tel que décrit ci dessus.

L'invention couvre également tous les modes de réalisation et toutes les applications qui seront directement accessibles à l'homme de métier à la lecture de la présente demande, et de ses connaissances propres.