Brevet FR2628123A1 — publié le 19890908

(J RÉPUBLIQUE FRANCAISE N de publication: 2 628 123 (à n'utihliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction> DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE (DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLEN d'enregistrement national: 89 02652 PARIS ( Int CI4: D02J 13/00, 1/22;D02G3/22 D01 D 5/16, /02. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION:A1 Date de dépôt: 1ler mars 1989. Q( Demandeur(s): Société dite El. DU PONT DE NE- MOURS AND COMPANY - US. ) Priorité: US, 2 mars 1988, n 162,965. ( Inventeur(s): James Edward Duncan. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989. ( Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: rné Titulaire(s): Q Mandataire(s): Cabinet de Boisse. Elément de chauffage de fil pour appareil d'étirage de fil. 57 Elément de chauffage de fil comprenant: une âme fixe allongée 20, un manchon 28 monté rotatif sur ladite âme, ledit '7 manchon étant disposé de façon télescopique par dessus ladite âme et délimitant un espace 34 entre ledit manchon et ladite âme suivant leurs longueurs, et des moyens 26 pour, chauffer l'âme, et. de préférence faire varier la température sur sa longueur. On peut utiliser une cartouche chauffante 26 pourvue d'un enroulement à densité non uniforme et/ou avoir un espace 34 de dimension non constante sur la longueur de- I'élément, L'invention est applicable à l'étirage du fil de polyamide. I'2 N N {D Ne La présente invention est relative à un appa- reil pour chauffer un fil et elle concerne plus particu- lièrement un appareil chauffé par rayonnement pour aider à étirer du fil pour fabriquer des produits à des vitesses plus élevées, sans amoindrir les propriétés du fil. Un procédé d'étirage auquel l'invention peut utilement s'appliquer est décrit dans US-A-3 311 691, qui a pour objet un procédé pour étirer un fil polyamide, procédé selon lequel on fait avancer un fil polyamide à peu près non étiré jusqu'à un organe de friction pour effectuer un premier étirage en tournant le fil autour dudit organe de friction et en tirant le fil depuis ledit organe avec une vitesse linéaire d'environ 2,2 à environ ,0 fois la vitesse avec laquelle le fil est amené audit organe de friction, à la suite de quoi, tout en continuant de faire avancer le fil, (A) on le chauffe sur une longueur fixée de son trajet jusqu'à une température d'au moins C et moins de 10 C au-dessous du point de fusion dudit polyamide et, simultanément, (B) on effectue un second étirage du fil en le tirant à partir de ladite longueur de son trajet avec une vitesse linéaire d'au moins environ 1/1 fois la vitesse avec laquelle le fil est amené à ladite longueur de son trajet, et en mainte- nant ensuite le fil à une longueur constante tout en le chauffant à peu près à la température de ladite longueur de son trajet pendant une période d'environ 0,25 à environ 0,60 seconde, et en faisant enfin refroidir le fil tout en le faisant avancer jusqu'à l'enroulement avec une vitesse linéaire d'environ 0,985 à environ 0,895 fois la vitesse du fil tandis qu'il est maintenu à une longueur constante. Le but, en faisant chauffer le fil dans la phase (A) est de diminuer la tension d'étirage du fil en augmentant sa température. Ceci est réalisé en faisant passer le fil autour d'un tube chauffé. Un certain échauf- fement du fil se produit en raison du frottement entre le fil et le tube, et un certain échauffement du fil se pro- duit à la suite de l'étirage du fil lorsque celui-ci passe autour du tube, ce qui est un processus exothermi- que. Ceci pose des problèmes pour commander la tempéra- ture du fil. La commande de la température du fil en ce point est importante pour le traitement du fait que des variations incontrôlées de la température peuvent provo- quer une mauvaise tenue à l'utilisation et une qualité mécanique du fil moins qu'acceptable. La présente invention fournit un élément de chauffage de fil dans lequel la courbe de température suivant la longueur de l'élément peut être commandée afin de résoudre les problèmes de contrôle de la température du fil qui peuvent être attribués à un chauffage non contrôlé du fil comme indiqué plus haut. L'élément de chauffage de fil est constitué par une âme cylindrique allongée fixe. Un manchon est monté rotatif sur ladite âme, ce manchon est monté télescopique par dessus ladite âme, délimitant un espace entre ledit manchon etl'âme; des moyens sont prévus pour chauffer l'âme. De plus, des moyens peuvent être prévus pour faire varier la température suivant la longueur de l'âme, grâce à quoi la courbe de température varie sui- vant la longueur de l'élément de chauffage du fil. Le manchon est chauffé par rayonnement à partir de l'âme. Suivant un mode de réalisation, l'espace entre le manchon et l'âme varie au moins sur une partie de sa longueur. Dans un mode de réalisation préféré, une car- touche chauffante est disposée dans l'âme. L'élément chauffant est un enroulement allongé de fil métallique formant résistance, dans lequel la densité de l'enroule- ment de l'élément chauffant peut être modifiée sur sa longueur afin de faire varier la température sur la longueur de l'élément chauffant. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique illustrant un procédé dans lequel est utilisé l'élément de chauffage de fil suivant l'invention. La figure 2 est une vue à plus grande échelle de l'élément suivant l'invention, en section suivant son axe longitudinal et montrant les moyens pour exciter et commander la température de l'élément de chauffage de fil. La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2. Les figures 4 à 7 sont des vues en coupe de l'élément suivant l'invention, suivant son axe longitu- dinal, montrant différentes configurations pour l'âme et le manchon. Les figures 8 à 10 sont des vues schématiques de variations, alternées de densité d'enroulement de l'élément, montrant l'effet sur la courbe de température suivant la longueur de l'élément de chauffage de fil de l'invention. La figure 11 est une vue schématique d'une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le manchon rotatif est entraîné par le fil passant sur lui. Le procédé choisi aux fins d'illustration est à peu près le même que celui décrit dans US-A-3 311 691 et est tel que décrit en référence au schéma de la figure 1 dans lequel un cylindre entraîné 2 et un cylin- dre séparateur associé 3 constituent un dispositif de distribution du fil 1. Un cylindre entraîné 5 et un cylindre séparateur associé 6 forment les composants du cylindre d'étirage pour le premier étage d'étirage ainsi que le cylindre de distribution pour le second étage. Il est prévu en tant qu'organe de friction dans la première zone d'étirage une broche 4 de retenue. La broche est de façon commode faite d'un matériau résistant à l'abrasion tel que l'alumine, le saphir, le placage de chrome ou analogue. La première zone d'étirage est en grande par- tie localisée comme représenté en 4. L'élément 7 de chauffage du fil chauffe le fil envoyé à la seconde zone d'étirage. L'élément 7 est chauffé par un élément chauf- fant électrique interne. L'élément 7 est tubulaire avec une surface plaquée de chrome dur. La seconde phase de l'étirage se produit sur l'élément 7. Une boite à recuire est alimentée en air chaud par l'intermédiaire d'un conduit 11. Des cylindres menés 12 et 13 fournissent la tension pour la seconde phase de l'étirage et maintiennent le fil à l'intérieur de la boite 10 sous une longueur constante; la boite chaude est thermiquement isolée. Un cylindre entraîné 14 et un cylindre sépara- teur associé 15 servent de dispositifs abaisseurs de tension et fonctionnent avec une vitesse périphérique inférieure à celle des cylindres 12 et 13. Un guide-fil 16 est associé à un enrouleur classique 17. Il est prévu un mécanisme classique de déplacement de fil, non représenté. En fonctionnement, un fil 1 provenant d'une source non représentée est amené en spires multiples autour de cylindres distributeurs 2, 3 et passe autour d'une broche de retenue 4. Le cylindre 5 du premier étage d'étirage est actionné avec une vitesse superfi- cielle supérieure à celle du cylindre d'alimentation 2, de sorte que le fil est étiré dans une mesure spécifiée dans le premier étage tandis qu'il est retenu autour de la broche 4. Le fil quittant le système de cylindres , 6 passe autour du tube chauffé 7 grâce à quoi sa température est augmentée et il est soumis à une tension d'étirage fournie par les cylindres 12 et 13. Un degré supplémentaire d'étirage se produit dans la zone du second étage d'étirage. Le fi1 est enroulé un certain nombre de fois autour des cylindres 12 et 13 de telle sorte qu'il est maintenu à une température élevée et à une longueur constante pendant le temps spécifié. Du fait que le fil est chaud lorsqu'il quitte la boite 10, il se rétracte spontanément si l'opportunité lui en est offerte. Cette opportunité est fournie en actionnant les cylindres 14, 15 avec une vitesse périphérique inférieure à celle des cylindres 12, 13, permettant ainsi au fil de se détendre dans une mesure prédéterminée. Du fait que les cylindres 14, 15 ne sont pas chauffés (excepté par le contact avec le fil chaud), le fil est trempé par contact avec ces cylindres, empêchant dans une grande mesure un nouveau retrait dans les phases de manipula- tion consécutives. Le fil quittant les cylindres 14 et est enroulé sur une bobineuse à conversion telle que la bobineuse à entraînement superficiel sans torsion - désignée par la référence 17. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, - l'élément 7 de chauffage de fil est constitué par une âme cylindrique allongée 20 fixée en position sur un socle 22 qui est fixe par rapport aux autres organes du traitement. L'âme 20 comporte un trou central 24 dans lequel est disposé un élément chauffant électrique allongé 26. L'élément chauffant 26 est une cartouche chauffante du type CIR 5300 ayant une résistance à densité de bobinage uniforme suivant sa longueur,-fabri- quée par la firme des Etats-Unis Chromolox, Pittsburg, Pennsylvanie. Un manchon 28 est disposé de façon téles- copique par dessus l'âme 20 sur laquelle il est monté rotatif au moyen de roulements 30, 32. Le manchon est fermé à une extrémité par une plaque 28a et est concen- trique à l'âme 20, délimitant une enceinte 34 de dimen- sion constante entre le manchon et l'âme. L'élément chauffant 26 est alimenté par l'intermédiaire d'un modulateur-régulateur 38 relié à la tension du secteur, qui capte la température de l'âme 20 au moyen d'un cap- teur 40 relié au régulateur. Le régulateur 38 est du modèle Micro P2000 de la firme des Etats-Unis Electronic Control Systems à Fairmont, Ouest Virginia. Ce mode de réalisation fournit une courbe de température stabilisée qui varie sur la longueur de l'élément 7 de chauffage du fil. Une couronne dentée 42 est fixée sur le man- chon 28 à son extrémité voisine du socle 22. La couronne dentée est entraînée par une boite à engrenages 44 entraînée elle-même par un moteur pour faire tourner le manchon 28 à environ une révolution toutes les huit (8) minutes. La boite à engrenages entraînée par un moteur est le modèle dit "Flexo-Action" de la firme des Etats- Unis Merkle-Koroff, Chicago, Illinois. Une manière de faire varier la température du manchon sur la longueur de celui-ci consiste à faire varier l'intervalle d'air 34 entre la surface longitudi- nale externe de l'âme et la surface longitudinale interne du manchon 28 au moins sur une partie de leur longueur. Par exemple, la figure 4 montre l'âme 20' convergente à une extrémité, en forme conique, pour réaliser un intervalle d'air 34' qui varie le long d'une partie de la longueur de l'élément chauffant 7'. L'âme pourrait bien entendu être convergente aux deux extrémités. Dans un autre mode de réalisation représenté à la figure 5, l'âme 20" pourrait présenter une forme étagée à une extrémité afin de réaliser un intervalle d'air variable 34". Suivant encore un autre mode de réalisation repré- senté à la figure 6, l'âme 20"' pourrait présenter une surface curviligne à l'une de ses extrémités ou aux deux afin de réaliser un autre intervalle d'air variable 34"'. A la figure 7, le manchon 28' présente un diamètre inté- rieur étagé afin de former encore un autre type d'inter- valle d'air variable 34"". Tandis que l'élément chauffant 26 est formé en utilisant une résistance à densité d'enroulement uniforme suivant sa longueur, les figures 8, 9 et 10 montrent une autre façon de faire varier la température sur la longueur du manchon 28 en réalisant la cartouche chauffante 26 avec des résistances en fil métallique ayant des densités d'enroulement variables. Plus particulièrement, aux fins d'illustration, les éléments chauffants 26', 26", 26"' ont été divisés en trois zones égales. A la figure 8, l'élément chauffant 26 a été préparé pour fournir envi- ron 40% de la densité d'enroulement dans les zones supérieure et inférieure 50 et 52, tandis que le reste, soit 20%, est réalisé dans la zone 51, fournissant ainsi une courbe de température telle que 53, et un tel profit correspond à ce qui est rayonné vers le manchon 28. D'autres combinaisons de densités d'enroulements sur la longueur de la cartouche chauffante sont possibles avec des courbes de température résultantes telles que repré- sentées aux figures 9 et 10. D'autres combinaisons de densités d'enroulement et d'intervalles d'air variables sont également possibles. Les modes de réalisation représentés ne doivent pas être entendus comme limitatifs. Bien que, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le manchon 28 soit entraîné par une boite à engrenages 44 menée par un moteur, on comprend que le manchon 28 peut être mené, ou entraîné en rota- tion en utilisant le frottement du fil avançant autour du manchon. La vitesse de rotation est réglée par un dispositif 60 à frottement réglable, vissé à travers un bras 62 fixé au socle 22 de manière qu'une pression puisse être exercée contre le manchon 28 par le disposi- tif 60 pour freiner le manchon. REVENDICATIONS 1. Elément de chauffage de type-à tube chauffé, caractérisé en ce qu'il comprend une âme fixe allongée (20), un manchon (28) monté rotatif sur ladite âme, ledit manchon étant disposé de façon télescopique par dessus ladite âme et délimitant un espace (34) entre ledit manchon et ladite âme suivant leur longueur, et des moyens (26) pour chauffer ladite âme. 2. Elément selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour faire varier la température du manchon sur sa longueur. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour chauffer l'âme (20) comprennent un trou central (24) dans ladite âme (20), une cartouche chauffante allongée.(26) à fil métallique enroulé formant résistance, disposée dans ledit trou. 4. Elément selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la densité de l'enroulement dudit élément chauffant varie suivant la longueur de celui-ci. 5. Elément selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'espace (34) entre l'âme (29) et le manchon (28) est de dimension constante. 6. Elément selon les revendications 2 et 3 ou 4, caractérisé en ce que l'âme (20) a un diamètre varia- ble au moins suivant une partie de sa longueur, de sorte que l'espace (34) entre l'âme et le manchon varie suivant au moins une partie de la longueur dudit élément chauffant pour procurer une température de l'élément de chauffage qui varie le long de ladite partie. 7. Elément selon les revendications 2 et 3 ou 4 ou 5, caractérisé en ce que le manchon a un diamètre interne qui varie au moins sur une partie de sa longueur, de sorte que l'espace (34) entre l'âme et le manchon varie suivant au moins une partie de la longueur de l'élément chauffant afin de procurer une température de l'élément de chauffage qui varie le long de ladite partie. 8. Appareil pour étirer un fil de nylon, comprenant un bâti, une première et une seconde zone d'étirage situées sur ledit bâti, un élément de chauf- fage de fil étant disposé entre lesdites première et seconde zones d'étirage, caractérisé en ce que ledit élément de chauffage est conforme à l'une des revendica- tions 1 à 7. PL.I/3. 2628123 Fig.-4 Fig. 5 Fig. 1 281 28 3 626 2 e Fig. 7 N X_ F.?g;28 4 Fig. 6 12 13 II o 26 26 34"' PL. II/3 28a 28-7 1-o"34 Fig. 2 3 1,13 Z7002 o 26 36 --40 2 622ig. 3 34 28 26V/J PL. III/3 2628123 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 _1}e_ F52 Il |_252" 53 265' 6" Fig. Il1