Brevet FR2564578A1 — publié le 19851122

FOUR DE CUISSON D'UN REVETEMENT SYNTHETIQUE SUR UNE CHAîNE DE PLASTIFICATION Grâce à une meilleure régularité de leurs fabrications, les verriers sont progressivement parvenus, par amincissement des parois, a alléger de plus en plus leurs produits, et spécialement, en verre creux, les récipients, au premier chef les bouteilles. Ceci suscite, notamment dans l'intention de réutiliser plus largement ces articles, un intérêt croissant pour divers traitements de surface aptes a augmenter la dureté, réduire le coefficient de frottement ou amortir les chocs protégeant en particulier le verre contre les phénomenes d'abrasion qui en diminuent la résistance. L'un des procédés les plus intéressants consiste a déposer extérieurement divers revêtements de polymères, en pulvérisant le produit sous forme de solution ou mieux encore de poudre, et ceci de préférence par voie électrostatique, ce qui permet d'obtenir une épaisseur très régulière, sur un récipient habituellement rendu conducteur par un simple chauffage qui facilite aussi la fixation du dépôt. L'opération requiert en règle générale, avant projection du revêtement, l'application d'un primaire, effectuée en principe par voie liquide, puis son séchage sous l'effet du préchauffage ; après le dépôt, effectué en une ou plusieurs couches, elle exige au moins une cuisson qui en permet le nappage, et la polymérisation si l'on emploie des résines thermodurcissables, puis un temps de refroidissement. Pour l'effectuer, on suspend de préférence les articles a des supports tournants, a l'aide de pinces en prise a l'intérieur du goulot sur un convoyeur a chaine suspendue qui, du poste de chargement au poste de déchargement, traverse les postes de fabrication successifs, postes de primage puis de préchauffage, cabine de pulvérisation électrostatique, four de cuisson et zone de refroidissement. Lors de a la pulvérisation du revêtement le produit adhère d'abord par collage, puis sous l'effet de la charge électrique ; l'opération s'effectue a l'abri d'un mince rideau d'air créé a hauteur de la bague des récipients par des buses en forme de fentes étroites disposées le long du convoyeur. Ceci permet de revêtir non seulement le fût et le fond mais également la partie supérieure du col, sans atteindre le buvant ni les pinces, ni même la bague et sa contrebague dont l'épaulement fournira ainsi un bord net au revêtement. L'un des points délicats de la fabrication réside dans la cuisson du produit, et ceci principalement lorsqu'elle est destinée à provoquer sa polymérisation. Il faut en effet réchauffer progressivement l'article refroidi par l'opération de dépôt, de façon a obtenir tout d'abord la fusion complète des particules et par conséquent le nappage du revêtement sans provoquer de gélification prématurée de la résine, puis maintenir la température a la valeur voulue pour la polymérisation, enfin permettre un refroidissement progressif avant de transférer les articles a l'air libre. Ces difficultés sont susceptibles de se rencontrer de façon plus générale dans d'autres opérations d'application de revêtements protecteurs ou décoratifs d'articles divers. Les fours comprennent donc sommairement trois sections distinctes correspondant aux trois stades de chauffage, d'abord intensif, destiné a élever la température jusqu'a la valeur voulue a la vitesse désirée, puis de maintien a cette valeur pendant la durée nécessaire au traitement, enfin de refroidissement progressif ; ils sont ainsi constitués d'un étroit couloir replié a plusieurs reprises sur lui-même pour former un ensemble suffisamment compact car la longueur totale du parcours atteint facilement 30 a 50 m.Pour pouvoir y admettre des bouteilles dont la taille peut atteindre 35 cm, il faut donner a ce couloir une hauteur interne au moins double ; en effet, a la partie supérieure, on doit chauffer les pinces métalliques sur une longueur suffisante pour éviter qu'elles ne refroidissent a l'excès la bague des articles, ainsi placée a hauteur du premier quart a partir du haut ; a la partie inférieure, il doit exister un dégagement suffisant, de l'ordre aussi du quart de la hauteur, pour permettre de chauffer le fond comme pour éviter que la chute accidentelle d'un article n'encombre la trajectoire des suivants, et surtout n'atteigne les éléments-chauffants, ce qui ne manquerait pas de créer un incident. Bien que l'on puisse aussi opérer par convection forcée a partir de bouches convenablement étagées dans les parois du four, il est avantageux d'employer des fours a rayonnement infra-rouge qui permettent de répartir la puissance de chauffage avec une bonne précision en face des articles. L'une des principales difficultés consiste en effet a obtenir une cuisson homogène du revêtement sur toute la hauteur de l'article, sans provoquer ni un défaut de nappage ni une élévation de température excessive qui ferait brunir le revêtement, et ceci malgré la présence des pinces et les différences d'épaisseur de la paroi de verre ou de la couche de revêtement que l'on peut observer entre le col et le culot, malgré aussi les facteurs de forme et en particulier les variations rapides de diamètre et de pente que l'on peut rencontrer a hauteur de l'épaule.Cette difficulté se complique du fait qu'une même chaine doit permettre de traiter a des cadences d'ailleurs variables des articles de types divers tels que des bouteilles de contenances et par conséquent de masses et capacités calorifiques très différentes, dont les hauteurs peuvent varier du simple au double de sorte qu'elles n'occupent pas la même position dans le four. L'invention a précisément pour objet un four apte a traiter des articles et en particulier des bouteilles ou flacons de verre ou céramique de dimensions variables sans provoquer de défauts, revêtement cassant par insuffisance locale de cuisson, jaunissement dans le cas opposé. Ce four possèdera dans le sens de la hauteur une répartition de puissance installée hétérogène, apte a distribuer le débit calorifique voulu a toutes sortes d'articles, quelle que soit leur taille, au prix de réglages simples. Selon l'invention, cette répartition de puissance diffère en outre dans chacune des trois sections principales précitées dans chacune de ces trois sections, elle se fera de préférence en trois zones distinctes au plus et, même, sur l'ensemble des sections, en trois bandes seulement. De façon complémentaire, et profitant de ce que la rotation des articles homogénéise la température sur toute leur périphérie, la répartition de puissance en question diffèrera aussi d'un coté a l'autre du four ; il est ainsi possible d'obtenir la répartition cherchée a l'aide de trois types de panneaux chauffants seulement, dont un seul possède un débit calorifique ajustable en hauteur, ce qui simplifie la fabrication et la réparation du matériel. Un exemple avantageux de four a rayonnement infra-rouge conforme a l'invention sera décrit ci-dessous en référence aux dessins annexés, qui représentent - figure 1 : une vue en plan schématique du four, - figure 2 : une coupe verticale selon la ligne II.II de la figure 1, - figure 3 : les trois types A, B, C de panneaux chauffants, - figure 4 : un schéma de la répartition des tubes émetteurs, - figure 5 : la répartition de la puissance installée dans les différentes zones du four. Comme le montre la figure 1, les bouteilles A circulent sur un convoyeur à chaine suspendue C dont il est inutile de décrire le parcours en détail. A la sortie de la cabine de pulvérisation, elles s'engagent dans le four 1, dont la paroi métallique 2, réfléchissante et isolée, définit une enceinte divisée par des panneaux suspendus 3 en cinq biefs rectilignes d'un peu plus de dix mètres chacun, disposés côte à côte et que le convoyeur traverse successivement par un trajet en lacets qui dépasse donc cinquante mètres. Comme le montre la figure 2, chaque bief forme un couloir 4 d'environ 20 cm de largeur et 70 cm de hauteur, séparé par une trappe à ressort 5 d'un compartiment inférieur 6 de hauteur voisine, en forme de trémie destinée à recueillir les débris des bouteilles qui seraient accidentées. La chaine du convoyeur, équipée de mandrins 7 à tige de commande axiale, en prise à l'intérieur du goulot des bouteilles, est portée par un rail 8, monté sur des fers porteurs 9 ; les mandrins 7, pénétrant dans le four par les fentes que ménagent les poutrelles 10 du toit, sont périodiquement mis en rotation sur un sixième de tour environ par l'action, sur leur pignon 7a, de taquets 11 montés sur le rail tous les 50 cm environ. Les panneaux 3 qui limitent latéralement les couloirs 4 sont suspendus entre les fers 9 et les poutrelles 10. Pour constituer les chambres de chauffe, les premiers d'entre eux sont porteurs de diverses batteries d'éléments chauffants 12. Ceux-ci peuvent être placés de façons diverses, horizontaux, verticaux ou plus ou moins inclinés ; dans le cas représenté, il existe dix panneaux indépendants successifs porteurs de tubes à rayonnement infra-rouge d'une longueur des'ordre du mètre ; de manière plus précise, et compte tenu des marges qu'il est nécessaire de laisser entre les éléments chauffants et le cadre des panneaux, le toit du couloir ou sa trappe inférieure, trois dispositions distinctes sont ici prévues : - en plusieurs rangées horizontales, selon la figure 3A, - en oblique-à 30 environ sur l'horizontale, selon la figure 3B, - en oblique à 10 environ sur l'bon'zontale, selon la figure 3C, La disposition de la figure 3B revient à ne placer qu'un tube sur la hauteur du four, sans recouvrement vertical, celle de la figure 3C, ou n'existe à nouveau qu'un tube par panneau, à ne chauffer qu'une zone étroite ; celle de la figure 3A au contraire, qui autorise à en placer une dizaine, permet de faire varier beaucoup plus largement le profil de chauffage. Seuls les trois premiers biefs sont chauffants, et la répartition des tubes sur les panneaux de leurs chambres de chauffe selon les trois dispositions explicitées ci-dessus apparait sommairement dès la figure 1. On voit immédiatement qu'il existe une dissymétrie entre les panneaux 13, 15, 17, placés du côté gauche de la trajectoire du convoyeur C et ceux 14, 16, 18, qui sont placés de son côté droit c'est la rotation des bouteilles qui permet d'établir l'uniformité du traitement.La répartition des éléments chauffants le long du trajet des bouteilles est représentée de façon plus précise sur la figure 4, où la trace verticale du trajet en S du convoyeur C est développée en ligne droite, les parois droite et gauche du four étant représentées rabattues à l'horizontale, en D et G, de part et d'autre, avec la schématisation de deux profils de bouteilles, l'un A' de dimension maximale, d'une capacité de 1,5 1 par exemple, l'autre A" de dimension minimale, d'une capacité de 33 ou même 20 cl par exemple et les deux traces horizontales H des bagues. Sur cette même figure 4, l'échelle des dimensions verticales est respectée mais pour des raisons évidentes d'encombrement, il n'en est pas de même de celle des dimensions longitudinales qui ne l'est que pour les bouteilles, mais se trouve très fortement comprimée en ce qui concerne la longueur des panneaux de sorte que les tubes apparaissent très redressés, donc déformés en longueur. Du côté gauche de la trajectoire du convoyeur, chacun des dix panneaux 13 du premier bief est porteur d'un unique tube 12c de 6 kW. Ce tube est incliné à 10 selon la disposition de la figure 3C, et placé dans une zone médiane inférieure, plus précisément dans le troisième quart de la hauteur. Dans le deuxième bief se trouvent dix panneaux semblables 15, équipés de tubes de 6 kW inclinés à 10 . Dans le troisième bief sont à nouveau placés dix tubes, mais de 1,6 kW seulement, et du type 12b, inclinés à 30 selon la figure 3B, de façon à couvrir sensiblement toute la hauteur sauf les marges déjà signalées. A droite au contraire, on peut voir que le premier bief possède tout d'abord quatre panneaux identiques 14 comprenant chacun huit tubes 12a de 1,6 kW et à la partie inférieure un neuvième tube 12'a de 3 kW ; ces tubes sont horizontaux et sensiblement équidistants, selon la disposition de la figure 3A. On y trouve ensuite six panneaux 16 équipés chacun d'un tube 12b de 6 kW ; ces tubes sont inclinés à 30 selon la disposition de la figure 3B. Le second bief possède dix panneaux semblables, 18, également équipés de tubes de 6 kW, mais de type 12c, inclinés à 10 donc placés comme ceux du côté gauche. Dans le troisième bief, la paroi est exempte d'éléments chauffants. La somme des puissances qu'il est possible de rayonner dans chaque zone depuis l'ensemble des parois en direction des bouteilles apparait sur la figure 5. Dans le sens de la longueur, le premier bief présente deux régions distinctes R1, R2 : la puissance installée, qui est de 22 kW par mètre de longueur dans la première région, tombe à 12 kW/m dans la seconde ; dans le deuxième bief, la puissance dissipée est encore de 12 kW/m ; dans le troisième bief, elle tombe à une valeur beaucoup plus faible de 1,6 kW/m seulement. Il se crée donc trois sections distinctes : la première, S1, de chauffage intensif et réglable en hauteur, sur une longueur de l'ordre de quatre mètres correspond à la montée en température ; la deuxième, S2, de chauffage moins intensif, sur une longueur totale de 16 m à cheval sur les deux premiers biefs correspond au maintien en température avec au besoin une croissance lente pendant un temps quatre fois plus long ; la troisième, S3, très peu chauffée sur une dizaine de mètres puis non chauffée sur la vingtaine qui reste, assure le refroidissement progressif avant mise à l'air libre. Mais on se rend également compte que, dans le sens vertical, la répartition des tubes définit en somme, outre les zones correspondant aux marges M1 et Mu, trois zones distinctes dont les hauteurs respectives se trouvent sensiblement dans les proportions 4, 3, 2. Sur l'ensemble du four, ces zones engendrent trois bandes de chauffage distinctes N1, N2, N3 : dans le premier bief, la puissance installée, si elle est homogène à l'intérieur de chacune de ces bandes, diffère de l'une à l'autre ; dans le second, seule la bande centrale N2 est chauffée ; dans le troisième, les trois bandes N1, N2, N3 dispensent un chauffage égal. En résumé, si l'on néglige les marges inévitables et la section de refroidissement ou ne règne qu'un chauffage uniforme de faible intensité, on trouve une première section de chauffage intensif ajustable sur toute la hauteur puis une deuxième, de chauffage moins intense mais ou la puissance spécifique, si elle tombe par degrés à zéro dans les zones supérieure N1 et inférieure N3, augmente au contraire dans la zone médiane basse N2 située devant le fût des bouteilles les plus grandes mais sous le fond des plus petites. De façon quelque peu paradoxale, cet écart relatif de position ne s'est pas révélé nuisible mais, au contraire favorable à une cuisson homogène de bouteilles de différents modèles. Il est cependant clair qu'il reste possible de régler la quantité de chaleur effectivement distribuée par les tubes dans chaque cas particulier ; en fait, il s'averse suffisant de régler solidairement les tubes horizontaux de chacune des trois zones de la première région. Il est également clair qu'à la surface des articles, la répartition du rayonnement s'égalise et qu'il règne aussi à l'intérieur du four des courants de convection non négligeables, de sorte que la séparation entre les diverses zones ainsi que les coupures provoquées par l'existence des coudes sont beaucoup moins nettes et qu'il n'existe pas en réalité de chocs thermiques. La plupart des polymères thermodurcissables utilisables ici requierent, à des températures de l'ordre de 200 à 250 C, un temps de cuisson de l'ordre de 2 à 3 min, suivi bien entendu d'un temps de refroidissement nettement plus important. Trois exemples de cuisson d'un revêtement transparent de polyuréthanne d'une épaisseur de l'ordre de 70 microns seront donnés dans le tableau final sous les références I-I 1-111. Dans le cas de l'exemple I, on traite des bouteilles de 33 cl d'un poids de 190 g, à une cadence de 3000 par heure, ce qui correspond à une vitesse de convoyeur de 6 m / min. Dans l'exemple Il, il s'agit de bouteilles de 150 cl, d'un poids de 820 g, traitées à une cadence de 1500 par heure ce qui augmente les temps de séjour et conduit donc à diminuer un peu les températures de traitement. Dans le l'exemple III, des bouteilles de 125 cl, d'un poids de 430 g sont traitées à une cadence de 3000 par heure. Le tableau fournit - le réglage des tubes en pourcentage de puissance émise par rapport à la puissance installée, ceci pour chaque zone des bandes N1, N2, N3, à droite et à gauche du couloir, dans les régions successives du four, - la puissance totale ainsi émise par mètre de longueur du four, - les températures atteintes au cours de la traversée de ce dernier par les bouteilles sortant de la cabine de pulvérisation ; grâce aux réglages effectués, ces températures sont constantes à 10 C près sur l'ensemble du corps des bouteilles. SECTION S1 S2 S3 BIEF ZONE 1 } 2 3 4 5 REGION R1 R2 EXEMPLE I N1 - - - 100 - - GAUCHE % N2 50 50 50 100 - - N3 - - - 100 - - N1 70 50 - - - DROITE % N2 70 50 50 - - - N3 O 50 O - - - - TOTAL kW/m 10,8 6 6 1,6 - - TEMPERAT 0C 135 200 - 240 210 145 120 EXEMPLE II N1 - - - 100 - I GAUCHE % N2 40 40 40 100 - - N3 - - - 100 - - N1 40 40 - - - - DROITE % N2 40 40 40 N3 40 40 - - - - TOTAL kW/m 8,7 4,8 4,8 1,6 - - TEMPERAT C 145 180 - 225 205 150 130 EXEMPLE III Ml - - - 501 - - GAUCHE % N2 80 80 70 50 - - N3 - - - 50 - - N1 80 - - - - DROITE % N2 80 80 70 sol 70 N3 80 80 - - - - TOTAL kW/m 17,4 9,6 8,4 0,8 - - TEMPERAT C 160 200 - 230 210 170 145 REVENDICATIONS 1. Four de cuisson sur une chaine de plastification, dont les chambres de chauffe constituent un étroit couloir comprenant sommairement trois sections distinctes correspondant à trois stades de chauffage, intensif, de maintien en température, enfin de refroidissement progressif, destiné en particulier à la cuisson d'un revêtement synthétique sur des articles verriers ou céramiques de dimensions diverses mis en rotation sur un convoyeur suspendu dans une position susceptible de couvrir le deuxième et le troisième quart de la hauteur du couloir, caractérisé en ce que celui-ci possède en hauteur une répartition de puissance installée hétérogène, différente dans chacune des trois sections principales. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans chacune de ces trois sections, la puissance installée se répartit au plus en trois zones verticales homogènes distinctes sur la partie disponible des panneaux chauffants (3). 3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que, sur l'ensemble des sections, la puissance installée se répartit en trois bandes (N1, N2, N3) seulement. 4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande médiane se situe dans le troisième quart de la hauteur, compté à partir du haut. 5. Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la deuxième section (S2), la puissance installée diminue dans les bandes extrêmes (N1, N3) mais augmente au contraire dans la bande médiane (N2). 6. Four selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la répartition de puissance en question diffère d'un côté à l'autre du couloir. 7. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est équipé de panneaux chauffants indépendants, à raison de trois types seulement, dont un seul possède un débit calorifique ajustable en hauteur. 8. Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que les panneaux de débit calorifique réglable en hauteur sont placés exclusivement dans la première section (S1). 9. Four selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est équipé de tubes (12) à rayonnement infra-rouge.