EP0636720B1 - Dispositif pour le traitement thermique de fils en mouvement - Google Patents
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- D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
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- D02J13/003—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass by contact with at least one stationary surface, e.g. a plate
Definitions
- the present invention relates to an improvement made to devices for the heat treatment of moving wires, in particular the heat treatment of threads in order to give them certain shrinkage properties and / or bulk and / or elasticity, this device being known from document DE-A-4 018 200.
- 1,204,634 (corresponding to US Patent 3,015,872) in which is carried out inside the same oven, two treatments successive, one during which the wire is subjected to a temperature considerably higher than that of the normal temperature at which it must be worn, and for such a period that it is not damaged, this first phase being followed by treatment of equilibrium at a temperature bringing the wire to a temperature conventional.
- a new type of oven with a particularly simple design which only allows to carry out such heat treatments "sequential", but also offers the distinction of being able to be easily adapted for, depending on the treatments to be performed and the nature of the wires to be treated, have successive zones in which the heat transmission to the wires can be achieved by combining on its length of zones implementing the different exchange principles thermal, and more particularly successive zones where the heat is transmitted by radiation or conduction.
- two heating zones are therefore obtained. separate, one may be at a high temperature, the other at a temperature lower, thus allowing a rapid rise in temperature of the wire to a level close to its optimal treatment temperature, followed by a phase of stabilization at said optimum wire processing temperature.
- the cylindrical heating block is associated with two sleeves of the same diameter, spaced from each other, the tangent wire, preferably helically with the surfaces of said sleeves, thus allowing to have a heat exchange by contact (coating) and separated from each other by an area where the wire is heated by radiation.
- the resistors can directly transmit their calories to blocks inside which they are mounted, it could be considered, for heat, place the resistors in a second enclosure containing a liquid "DOWTERM.”
- the heating block consists of a cylinder in ceramic or stainless steel, the two electrical resistances being embedded in the interior of this cylinder and each being associated with a thermocouple element, the power supply and the connections of the thermocouple elements being located on the same side.
- such an oven can be used to treat only one wire, it can also be designed so that it can process simultaneously two wires, keeping the two wires separate inside the furnace being obtained either by means of suitable guide elements or possibly by making grooves on the very surface of the "sleeve" of the zone (s) where the heat transmission is carried out by contact.
- FIGS 1 and 2 illustrate the structure of the heating block allowing to produce the new type of oven according to the invention, which is essentially consisting of a cylindrical core, designated by the general reference (A) made of a material which does not conduct heat, steel for example.
- This block (A) is brought to temperature, according to the invention, via two resistors (R1, R2), each associated with the thermocouple element TC1, TC2, mounted in parallel and positioned offset over the length of said block (B).
- R1, R2 resistors
- These two resistors (R1, R2) create over the length of the block two different temperature zones, thus offering the possibility of perform a "sequential" type heat treatment.
- the two resistors (R1, R2) therefore make it possible to create on the block length (A) two zones (A, B) that can have temperatures different, the zone (A) corresponding to the resistance (R1) and the zone (B) to resistance (R2).
- Each resistance has a structure calculated so that the block is brought to high temperature in zone (A) (between 400 and 700 ° C), and at a low temperature, corresponding to the optimal temperature of treatment of a synthetic yarn (between 150 and 250 ° C) in zone B.
- a resistance (R1) of 600 watts designed to dissipate over its length R1 a power of 3.3 watts per square centimeter and a resistance R2 of 400 watts, designed to dissipate over its length on the one hand, a power of 1.2 watts per cm 2 in a first zone and, on the other hand, a power of 2.4 watts per cm 2 in its terminal zone, suitable for all applications.
- thermocouples TC1, TC2 are arranged inside a conduit, which extends over the entire length of the heating block (1). This therefore allows optionally perform a temperature check at inside a thermocouple control element that we introduce by the free end of said conduits. It should also be noted that according to the preferred embodiment according to the invention, the electrical connections and the outputs of the thermocouple elements are located on the same side.
- Such a type of heating block makes it easy to make ovens can be adapted according to the son to be treated, as shown by concrete examples which follow, and in which the insulating enclosure that include ovens made from such a heating block, has not been shown for simplification.
- the block is associated with the wire guiding elements constituted by rings (2,3,4) positioned at the inlet, in the middle part and at the outlet of the oven on the length of zone B corresponding to resistance R2, is arranged a cylindrical sleeve D in ceramic or treated steel superficially.
- the guide elements (2,3,4) are designed so that in zone A, the wire F is kept spaced from the heating block (1) and either therefore heated by radiation, whereas in zone B, said wire (F) comes tangent with the surface of the sleeve D, and is therefore then heated by contact, treatment therefore taking place in a similar way to lessons from European patent 524 111, if only in zone A, a temperature rise of the wire is obtained at a level close to its optimal treatment temperature followed, in zone B, by a phase of stabilization at said optimum wire processing temperature.
- FIGS 5 and 6 illustrate another type of oven made from a heating block according to the invention, comprising a second sleeve D1 arranged around the heating block, spaced lengthwise corresponding to zone A of resistance R1.
- a furnace in which the temperature rise is made by contact in the entry area D1 and not by convection as in the example preceding, followed by a zone C, of length which can be variable from radiant heating and a contact stabilization zone (zone B).
- the rings of guide (2,3,4) are positioned so that the wire (F) comes tangent in a helix against the two surfaces D1, D, ensuring contact perfect and avoiding the phenomena of vibration.
- wire guide in the oven is produced by means of rings, it could be envisaged to use other means, for example as shown in Figure 7, of make helical grooves deep into the very surface of sleeves which are attached around the actual heating block.
- both treatment zones A, B can have either identical lengths or different lengths.
- sections A, B can have 350 mm and 450 mm respectively.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Description
La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux
dispositifs pour le traitement thermique de fils en mouvement,
notamment le traitement thermique de fils afin de leur conférer certaines
propriétés de retrait et/ou voluminosité et/ou élasticité ce dispositif étant connu d'après le document DE-A-4 018 200.
Dans tous les procédés de transformation de fils exigeant un
traitement thermique, le principal problème qui se pose est celui de la
transmission calorifique rapide, la chaleur devant monter régulièrement
à coeur et de la même manière sur toute la longueur du fil. En effet,
comme on le sait, la température du traitement et sa régularité ont une
très grande influence sur les qualités du fil.
Il est bien connu que le traitement thermique varie en fonction de la
matière traitée, du titre du fil et de sa vitesse de passage à l'intérieur du
four. Ainsi, on conçoit aisément que l'on atteindra plus rapidement le
coeur d'un fil fin que celui d'un titre important. De même, on sait que
l'on ne peut pas porter un fil au dessus d'une certaine température
plafond, sous peine de le dégrader. Par suite, cette question d'échange
thermique étant très importante dans le domaine de la texturation, de
très nombreuses solutions ont été envisagées pour le résoudre, ces
solutions faisant appel aux trois grands principes d'échange thermique, à
savoir la convexion, la radiation, la conduction (contact direct avec la
surface chauffante).
Outre ce problème d'une bonne transmission calorifique se pose
également celui de maintenir le fil sous une tension déterminée,
fonction du traitement qui est effectué. Ainsi, par exemple dans le cas
d'une opération d'étirage, éventuellement combinée à une opération de
texturation, il est nécessaire que le fil soit maintenu sous une tension
maximale alors qu'en revanche, lorsque l'on souhaite réaliser une
rétraction du fil, la tension doit être réduite. Enfin, se pose également le
problème de l'augmentation des vitesses de production sur une machine
textile, qui est passée de quelques dizaines de mètres par minute il y a une
trentaine d'années à mille mètres, voire même plus, actuellement et qui
a eu pour conséquence de conduire à des installations très encombrantes
des fours devenant de plus en plus long et pouvant atteindre jusqu'à
deux mètres.
Parmi les différentes solutions proposées pour obtenir une très
bonne régularité dans la transmission calorifique et également faciliter les
problèmes de régulation de température de position à position sur une
machine afin que l'ensemble de la production soit homogène, il a été
envisagé depuis fort longtemps de réaliser des traitements thermiques
que l'on pourrait qualifier de "séquentiels", en réalisant des fours sur la
longueur duquel se succèdent plusieurs zones distinctes de traitement
thermique. Parmi ces solutions, on peut citer celle faisant l'objet du
brevet français n° 1 204 634 (correspondant au brevet US 3,015,872) dans
laquelle on réalise à l'intérieur d'un même four, deux traitements
successifs, l'un pendant lequel le fil est soumis à une température
considérablement supérieure à celle de la température normale à laquelle
il doit être porté, et ce pendant une durée telle qu'il ne soit pas
endommagé, cette première phase étant suivie d'un traitement
d'équilibre à une température portant le fil à une température
conventionnelle.
Une telle solution, utilisée industriellement dès 1953 sur les
machines commercialisées par la Société HOBOURN AERO
COMPONENTS Ltd, sous la référence "HOBOURN - E.P.1", qui est
séduisante par le fait qu'elle permet de diminuer considérablement la
longueur des fours pour une vitesse de défilement donnée a cependant
été abandonnée depuis fort longtemps par les constructeurs de matériels
textiles, ce qui peut s'expliquer par le fait qu'elle nécessitait des
appareillages de conception complexe, difficiles à mettre en oeuvre.
Or, on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un
nouveau type de four de conception particulièrement simple, qui non
seulement permet de réaliser de tels traitements thermiques
"séquentiels", mais offre également la particularité de pouvoir être
facilement adapté pour, en fonction des traitements à réaliser et de la
nature des fils à traiter, avoir des zones successives dans lesquelles la
transmission de chaleur aux fils peut être réalisée en combinant sur sa
longueur des zones mettant en oeuvre les différents principes d'échange
thermique, et plus particulièrement des zones successives où la
transmission de chaleur se fait par radiation ou conduction.
Une telle conception de four permet également d'éliminer
pratiquement totalement les risques de vibration, pouvant entraíner des
irrégularités dans la production des fils, et autorise de grandes vitesses de
production tout en ayant un ensemble de chauffe particulièrement
compact.
D'une manière générale, le nouveau type de four conforme à l'invention
pour le traitement thermique d'un fil, par exemple lors d'une opération d'étirage
texturation, est du type constitué par une enceinte isolante qui entoure un bloc
chauffant avec lequel elle définit un «canal» pouvant être ouvert sur l'extérieur, à
l'intérieur duquel passe le fil à traiter, des moyens de guidage dudit fil étant prévus
pour assurer son positionnement à l'intérieur dudit four, et dans lequel on soumet
le fil en mouvement à deux traitements successifs, l'un pendant lequel la
température est supérieure à celle de la température normale à laquelle il doit être
porté, et ce pendant une durée telle qu'il ne soit pas endommagé, la première phase
étant suivie d'un traitement d'équilibre à une température portant le fil à une
température conventionnelle, caractérisée en ce que :
- ces phases successives sont obtenues par l'intermédiaire d'un bloc chauffant constitué par un ensemble cylindrique comprenant deux zones de chauffe, de part et d'autre desquelles sont prévus des moyens de guidage pour le fil, zones obtenues par l'intermédiaire de deux résistances noyées à l'intérieur de l'ensemble cylindrique, montées en parallèle, décalées l'une par rapport à l'autre sur la longueur du bloc, et associées chacune à un élément thermocouple permettant une régulation précise de ladite température ;
- le bloc chauffant comporte sur sa longueur au moins une zone de grand diamètre constituée par un manchon contre la surface duquel le fil tangente, permettant d'avoir un chauffage par contact précédé et/ou suivi d'une zone où le fil est chauffé par radiation.
Grâce à une telle conception, on obtient donc deux zones de chauffage
distinctes, l'une pouvant être à une température élevée, l'autre à une température
plus faible, permettant donc d'avoir une montée rapide en température du fil à un
niveau proche de sa température optimale de traitement, suivie d'une phase de
stabilisation à ladite température optimale de traitement du fil.
Par ailleurs, un tel four permet une combinaison de deux types de traitement
thermique par convexion et conduction, et ce conformément aux enseignements du
brevet européen no. 524 111 au nom du Demandeur.
Selon une variante, le bloc chauffant cylindrique est associé à deux
manchons de même diamètre, espacés l'un de l'autre, le fil tangentant, de
préférence hélicoïdalement avec les surfaces desdits manchons, permettant donc
d'avoir un échange thermique par contact (enduction) et séparés l'un de l'autre par
une zone où le fil est chauffé par radiation.
Enfin, si les résistances peuvent transmettre directement leurs calories aux
blocs à l'intérieur desquels elles sont montées, il pourrait être envisagé, pour
réaliser le chauffage, de disposer les résistances dans une seconde enceinte
comportant un liquide "DOWTERM."
D'un point de vue pratique, selon un mode de réalisation préférentiel
conforme à l'invention, le bloc chauffant est constitué par un cylindre en
céramique ou en acier inoxydable, les deux résistances électriques étant noyées à
l'intérieur de ce cylindre et étant associées chacune à un élément thermocouple,
l'alimentation électrique et les branchements des éléments thermocouple étant
situés sur une même face.
Par ailleurs, si un tel four peut être utilisé pour ne traiter qu'un seul
fil, il peut également être conçu de manière à pouvoir traiter
simultanément deux fils, le maintien séparé des deux fils à l'intérieur du
four étant obtenu soit au moyen d'éléments de guidage appropriés soit
éventuellement en réalisant des gorges à la surface même du "manchon"
de la ou des zone(s) où la transmission calorifique est réalisée par contact.
L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux
compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif
et non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés, dans
lesquels :
- les figures 1, 2 sont des vues schématiques, respectivement en élévation et en coupe, et vu de côté d'un bloc chauffant réalisé conformément à l'invention et permettant d'obtenir deux zones de température successives sur la longueur du four proprement dit;
- les figures 3 et 4 sont respectivement des vues en perspective et en élévation d'un bloc chauffant conforme à l'invention, utilisé pour réaliser un four tel que décrit dans le brevet européen 0 524 111 du Demandeur ;
- les figures 5 et 6 illustrent également en perspective et en élévation une autre forme de réalisation d'un four au moyen d'un bloc conforme à l'invention et dans lequel le traitement thermique s'effectue par deux zones de contact séparées l'une de l'autre par une zone par radiation ;
- la figure 7 illustre une variante d'un four comportant deux zones de chauffage par contact séparées l'une de l'autre par une zone de radiation, permettant de traiter simultanément deux fils et de les guider automatiquement sans adjonction d'éléments de guidage additionnels sur la longueur dudit four;
- la figure 8 illustre une variante de la manière dont est réalisé le chauffage.
Les figures 1 et 2 illustrent la structure du bloc chauffant permettant
de réaliser le nouveau type de four conforme à l'invention, et qui est
constitué essentiellement par un noyau cylindrique, désigné par la
référence générale (A) en un matériau non conducteur de la chaleur,
acier par exemple. La mise en température de ce bloc (A) est obtenue,
conformément à l'invention, par l'intermédiaire de deux résistances
(R1,R2), associées chacune à l'élément thermo-couple TC1, TC2, montées
en parallèle et positionnées de manière décalée sur la longueur dudit bloc
(B). Ces deux résistances (R1,R2) permettent de créer sur la longueur du
bloc deux zones de température différentes, offrant ainsi la possibilité de
réaliser un traitement thermique de type "séquentiel".
Les deux résistances (R1,R2) permettent donc de créer sur la
longueur du bloc (A) deux zones (A,B) pouvant avoir des températures
différentes, la zone (A) correspondant à la résistance (R1) et la zone (B) à
la résistance (R2). Chaque résistance a une structure calculée pour que le
bloc soit porté à haute température dans la zone (A) (entre 400 et 700°C),
et à une température faible, correspondant à la température optimale de
traitement d'un fil synthétique (entre 150 et 250°C) dans la zone B. Par
ailleurs, ces résistances (R1 et R2) peuvent soit avoir une structure telle
qu'elles dissipent une puissance de manière régulière sur toute leur
longueur, soit comme cela ressort de la figure 1, être conçues pour que la
résistance dissipe une puissance variable sur sa longueur, par exemple
plus faible dans une première partie et plus forte dans la phase finale.
A titre indicatif, une résistance (R1) de 600 watts, conçue pour
dissiper sur sa longueur R1 une puissance de 3,3 watts par centimètre
carré et une résistance R2 de 400 watts, conçue pour dissiper sur sa
longueur d'une part, une puissance de 1,2 watts par cm2 dans une
première zone et, d'autre part, une puissance de 2,4 watts par cm2 dans sa
zone terminale, convient pour toutes les applications.
Par ailleurs, selon la forme de réalisation illustrée, les éléments
thermo-couples TC1, TC2 sont disposés à l'intérieur d'un conduit, qui
s'étend sur toute la longueur du bloc chauffant (1). Cela permet donc
éventuellement d'effectuer une vérification de la température à
l'intérieur d'un élément thermo-couple de contrôle que l'on introduit
par l'extrémité libre desdits conduits. Il convient également de noter que
selon la forme préférentielle de réalisation conforme à l'invention, les
branchements électriques et les sorties des éléments thermo-couple sont
situés sur une même face.
Un tel type de bloc chauffant permet de réaliser facilement les fours
pouvant être adaptés en fonction des fils à traiter, comme montré par les
exemples concrets qui suivent, et dans lequels l'enceinte isolante que
comportent les fours réalisés à partir d'un tel bloc chauffant, n'a pas été
représenté par mesure de simplification.
Dans la forme de réalisation illustrée par les figures 3 et 4, le bloc est
associé aux éléments de guidage du fil constitués par des bagues (2,3,4)
positionnées à l'entrée, dans la partie médiane et à la sortie du four sur la
longueur de la zone B correspondant à la résistance R2, est disposé un
manchon cylindrique D en céramique ou en acier traité
superficiellement. Les éléments de guidage (2,3,4) sont conçus pour que
dans la zone A, le fil F soit maintenu espacé du bloc chauffant (1) et soit
donc chauffé par radiation, alors que dans la zone B, ledit fil (F) vient
tangenter avec la surface du manchon D, et est donc alors chauffé par
contact, traitement s'effectuant donc de manière similaire aux
enseignements du brevet européen 524 111, si ce n'est que dans la zone A,
on obtient une montée en température du fil à un niveau proche de sa
température optimale de traitement suivi, dans la zone B, d'une phase de
stabilisation à ladite température optimale de traitement du fil.
Les figures 5 et 6 illustrent un autre type de four réalisé à partir d'un
bloc chauffant conforme à l'invention, comportant un second manchon
D1 disposé autour du bloc chauffant, espacé sur la longueur
correspondant à la zone A de la résistance R1. On obtient de cette manière
un four dans lequel la montée en température se fait par contact dans la
zone d'entrée D1 et non pas par convexion comme dans l'exemple
précédent, suivie d'une zone C, de longueur pouvant être variable de
chauffage par radiation et d'une zone de stabilisation par contact (zone B).
Il convient de noter que dans ce mode de réalisation, les bagues de
guidage (2,3,4) sont positionnées de telle sorte que le fil (F) vienne
tangenter en hélice contre les deux surfaces D1,D, assurant un contact
parfait et évitant les phénomènes de vibration.
Si dans l'exemple qui précède le guidage du fil dans le four est
réalisé par l'intermédiaire de bagues, il pourrait être envisagé d'utiliser
d'autres moyens, par exemple comme représenté sur la figure 7, de
réaliser des gorges en hélice en profondeur dans la surface même des
manchons qui sont rapportés autour du bloc chauffant proprement dit.
Par ailleurs, la création des deux zones de température sur la
longueur du four, pourrait être réalisée d'une autre manière, par
exemple, comme illustré à la figure 8, en disposant chaque résistance
R1,R2 à l'intérieur d'une enceinte additionnelle renfermant le liquide
"DOWTERM".
Une telle conception d'élément chauffant est plus particulièrement
adaptée pour réaliser des fours de machines de texturation, notamment
par fausse torsion, fours compacts permettant de traiter tous types de fils
synthétiques, tels que polyamide, polyester .. . Dans de tels fours, les deux
zones de traitement A,B peuvent avoir soit des longueurs identiques, soit
des longueurs différentes. A titre indicatif et non limitatif, dans des fours
ayant une longueur de un mètre, les sections A,B peuvent avoir
respectivement 350 mm et 450 mm.
Claims (5)
- Dispositif pour le traitement thermique d'un fil en mouvement, par exemple lors d'une opération d'étirage texturation, du type constitué par une enceinte isolante qui entoure un bloc chauffant avec lequel elle définit un «canal» pouvant être ouvert sur l'extérieur, à l'intérieur duquel passe le fil à traiter, des moyens de guidage dudit fil étant prévus pour assurer son positionnement à l'intérieur dudit four, et dans lequel on soumet le fil en mouvement à deux traitements successifs, l'un pendant lequel la température est supérieure à celle de la température normale à laquelle il doit être porté, et ce pendant une durée telle qu'il ne soit pas endommagé, la première phase étant suivie d'un traitement d'équilibre à une température portant le fil à une température conventionnelle,
ces phases successives sont obtenues par l'intermédiaire d'un bloc chauffant (1) constitué par un ensemble cylindrique comprenant deux zones de chauffe (A,B), de part et d'autre desquelles sont prévus des moyens de guidage pour le fil, zones obtenues par l'intermédiaire de deux résistances (R1,R2) noyées à l'intérieur de l'ensemble cylindrique, montées en parallèle, décalées l'une par rapport à l'autre sur la longueur du bloc, et associées chacune à un élément thermocouple (TC1, TC2) permettant une régulation précise de ladite température ;
caractérisée en ce que
le bloc chauffant comporte sur sa longueur au moins une zone de grand diamètre constituée par un manchon contre la surface duquel le fil tangente, permettant d'avoir un chauffage par contact précédé et/ou suivi d'une zone où le fil est chauffé par radiation. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc chauffant cylindrique est associé à deux manchons D, D1 de même diamètre, espacés l'un de l'autre, permettant donc d'avoir deux zones d'échange thermique par contact espacées l'une de l'autre par une zone où le fil est chauffé par radiation.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bloc chauffant cylindrique est constitué par un cylindre C en céramique ou en acier inoxydable, les deux résistances électriques R1,R2 étant noyées à l'intérieur de ce cylindre et étant associées chacune à l'élément thermocouple, l'alimentation électrique et les branchements des éléments thermocouple étant situés sur une même face.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est conçu de manière à pouvoir traiter simultanément deux fils (F), le maintien séparé des deux fils à l'intérieur du four étant obtenu soit au moyen d'éléments de guidage appropriés, soit éventuellement réalisé dans des gorges à la surface même du ou des « manchon » de la ou des zones où la transmission calorifique est réalisée par contact.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fil est en contact avec la (ou les) zone(s) de grand diamètre selon un trajet en hélice.
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