Brevet FR2679262A1 — publié le 19930122

DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT THERMIQUE DE FILS EN MOUVE MENT. La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux dispositifs pour le traitement thermique de fils en mouvement, afin de conférer à ces derniers certaines propriétés de retrait et/ou voluminosité et/ou élasticité. Dans la suite de la description, on utilisera l'ex- pression classique de "four" pour désigner un tel dispositif qui, bien entendu, peut être utilisé aussi bien pour traiter des fils continus, mono ou multifilamentaires, que des filés de fibres. Dans tous les procédés de traitement de fils en mouvement exigeant le passage dans un four, le principal problème qui se pose est celui de la transmission calorifique rapide, la chaleur devant pénétrer régulièrement à coeur et de la même manière sur toute la longueur de fil. En effet, comme on le sait, la température du traitement et sa régularité ont une très grande influence sur les qualités du fil produit. 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 traiter 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 textile, de très nombreuses solutions ont été envisagées pour la résoudre, ces solutions faisant appel aux trois grands principes d'échange thermique, à savoir la convexion, la radiation, la conduction. 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, ces vitesses élevées étant génératrices de phénomènes, tels que vibrations, difficiles à maî- triser. Parmi les solutions proposées pour obtenir une très bonne régularité dans la transmission calorifique et également faciliter les problèmes de régulation de température de position en 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 "séquentiel" en réalisant des fours sur la longueur desquels se succèdent plusieurs zones distinctes de traitement thermique.Parmi ces solutions, on peut citer celles faisant l'objet du brevet français 1 204 634, dans lequel 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 doit être porté le fil, et ce pendant une durée telle que ce dernier ne soit pas endommagé, cette première phase étant suivie d'un traitement d'équi libre à une température conventionnelle. Une telle solution séduisante par le fait qu'elle permet de diminuer considérablement la longueur des fours pour une vitesse de défilement donnée, nécessite cependant des appareillages de conception complexe, difficiles à mettre en oeuvre. Une solution similaire est décrite dans le brevet français 1 216 847 et son certificat d'addition 76861. Pour d'autres types de traitement, il peut être souhaitable d'avoir une séquence d'échange thermique différente, par exemple d'avoir une élévation lente et régulière de la mise en température du fil suivie d'un choc thermique plus important, ou de combiner de telles phases de manière différente. 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 telles combinaisons de traitement, mais également autorise des vitesses de passage du fil à l'intérieur du four très élevées, l'échange thermique étant réalisé de manière très régulière, les risques de vibration (donc d'irrégularité dans le traitement thermique) étant pratiquement totalement éliminés, la mise en place du fil à l'intérieur d'un tel four étant par ailleurs facilitée avec élimination pratiquement totale des risques de détérioration du fil lors de cette phase opératoire très délicate à réaliser à grande vitesse de production. 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" longitudinal 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 canal, et il se caractérise en ce que le bloc chauffant est constitué par un ensemble comportant deux sections cylindriques ayant des diamètres différents, disposées dans le prolongement l'une de l'autre, des moyens de guidage du fil étant prévus sur la longueur desdits blocs cylindriques pour que le fil soit maintenu à une distance constante de la surface du cylindre de faible diamètre, de telle sorte que son élévation de température soit obtenue dans cette zone par radiation, et qu'il vienne en contact avec la surface de la zone de grand diamètre, la transmission de chaleur étant alors réalisée par contact (ou conduction). Selon une forme de réalisation conforme à l'invention, l'élément chauffant est constitué à partir d'un ensemble monobloc, réalisé en céramique ou acier inoxydable, la zone cylindrique de faible diamètre supportant sur sa longueur des bagues munies d'éléments de guidage, permettant de maintenir le fil à une distance constante de la surface chauffante, la zone de grand diamètre comportant à son entrée et à sa sortie également deux bagues de guidage permettant de venir faire tangenter le fil avec la surface de cette partie cylindrique, le trajet du fil dans cette zone pouvant être soit rectiligne, soit de préférence légèrement en forme d'hélice (angle compris entre zéro et 1800). Il peut être envisagé d'avoir une bague de sortie orientable permettant, lors du lancement, d'avoir l'ensemble des éléments de guidage alignés les uns par rapport aux autres, puis de faire pivoter le dernier élément de guidage pour obtenir l'embarrage souhaité dans la zone de contact. Une telle forme de réalisation permet éventuellement d'associer à l'élément de guidage mobile un volet qui peut prendre deux positions, l'une, lorsque ladite bague orientable ou mobile est alignée avec les autres bagues de guidage lors du lancement du fil, tel que le canal longitudinal soit bien ouvert sur l'extérieur puis, lorsque ladite bague de sortie est déplacée, pour que le fil forme une hélice dans la zone de contact, que ledit volet vienne alors recouvrir le canal longitudinal ouvert sur l'extérieur, de telle sorte qu'en fonctionnement normal, on obtienne un conduit de traitement fermé permettant une meilleure homogénéité dans la zone de radiation, ainsi qu'une réduction des pertes calorifiques (puissance consommée). La mise en température des éléments chauffants proprement dits, est obtenue par une résistance électrique noyée à l'intérieur dudit bloc, résistance comportant un thermocouple incorporé permettant une régulation parfaite de température. L'élément chauffant peut être soit noyé et faire corps de manière permanente avec le bloc qui l'entoure, soit éventuellement être monté de manière amovible à l'intérieur de celui-ci. Les dimensions d'un tel four et les gammes de températures qu'il permet d'obtenir seront adaptées en fonction des traitements à réaliser. A titre indicatif, pour une machine de texturation par fausse torsion, la longueur totale peut être comprise entre 0,3 et 2,5 mètres, les zones cylindriques de diamètre différent pouvant être soit égales soit différentes. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif, et qui est illustré dans les schémas annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement respectivement en perspective et en élévation, la structure d'un élément chauffant d'un four réalisé conformément à l'invention ; - les figures 3 et 4 illustrent de manière schématique un four réalisé conformément à l'invention, et qui comporte une bague de sortie mobile, permettant de faire former au fil une hélice dans la zone de contact et également d'obturer le canal longitudinal ouvert de passage du fil en fonctionnement normal ;; - la figure 5 est une vue en élévation d'une position de travail d'une machine de texturation par fausse torsion équipée d'un four conforme à l'invention. Si l'on se reporte aux figures 1 et 2 qui illustrent un mode de réalisation d'un four réalisé conformément à l'invention, seul l'élément chauffant d'un tel four a été représenté avec les moyens permettant de guider le fil à l'intérieur dudit four, la structure de l'enceinte isolante, les moyens de mise en température de l'élément chauffant et de régulation étant tant conventionnels qu'ils ne seront pas décrits par mesure de simplification. Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, l'élément chauffant du four conforme à l'invention est constitué essentiellement par un bloc de forme générale cylindrique comportant deux zones A et B de diamètres différents. Dans l'exemple illustré, les zones A,B ont des longueurs identiques, mais éventuellement peuvent avoir des longueurs différentes. Par ailleurs, la différence des dia mètres des deux zones sera en général de l'ordre de quelques millimètres. A titre indicatif, pour un four de machine de texturation, une des différences de diamètre D - d de l'ordre de huit à dix millimètres, convient pour la plupart des matières textiles. Un tel bloc est de préférence réalisé en une seule pièce, par exemple par moulage et/ou usinage d'une céramique ou d'un acier inoxydable. Dans le cas d'un élément chauffant à base d'acier inoxydable, la zone de grand diamètre sera de préférence traitée superficiellement de manière à augmenter sa dureté, par exemple traitement au plasma, chrome.. .A l'intérieur du bloc ainsi réalisé, est noyée une résistance chauffante comportant de préférence un élément thermocouple incorporé, permettant de réaliser une régulation précise de la température. Seuls les éléments de connexion de ces éléments chauffants ont été représentés à la figure 1. Conformément à l'invention, sur le bloc ainsi réalisé, sont montés des éléments de guidage (1,2,3,4) permettant d'une part, de maintenir le fil (5) éloigné de la surface chauffante de la zone A, ce qui permet d'obtenir dans cette zone un chauffage par radiation, et d'autre part, de maintenir ledit fil (5) en contact avec la surface du cylindre dans la zone B, permettant d'obtenir ainsi un chauffage par contact ou convexion. De tels éléments de guidage sont constitués, dans la forme de réalisation illustrée, par des bagues en acier inoxydable (1,2,3,4), au nombre de quatre dans le cas présent, et qui comportent des éléments de guidage (7,8,9,10) définissant une fente ouverte vers l'exté- rieur ; les éléments de guidage (7,8,9,10) sont constitués par exemple par des oeillets en céramique ou tital, en forme de V ou de U, rapportés à l'intérieur des bagues (7,8,9,10). Ces oeillets de guidage définissent avec l'enceinte isolante non représentée un "canal" longitudinal, ouvert sur l'extérieur, à l'intérieur duquel passe le fil à traiter. Les trois premières bagues de guidage (1,2,3) sont disposées de telle sorte que le fil (5) suive un trajet rectiligne dans la zone A, alors que la bague (4) dite "bague de sortie" est, soit alignée avec les bagues précitées soit au contraire légèrement décalée pour réaliser, comme cela ressort des figures 1 et 2, un embarrage du fil (5) autour de la surface de la zone B. Pour faciliter la mise en oeuvre et améliorer les conditions de traitement, la bague (4) de sortie peut être montée de manière réglable et mobile pour notamment faciliter l'opération de lancement, la bague (4) étant alors alignée avec les bagues (1,2,3) puis, légèrement décalée pour faire embarrer le fil (5) autour de la surface de la zone B. Une telle forme de réalisation est illustrée par les figures 3 et 4. Dans cette forme de réalisation, l'élément chauffant proprement dit est entouré par un bloc isolant (15) en matériau réfractaire, et qui comporte une fente (16) ouverte vers l'extérieur. La carcasse entourant ce bloc n'a pas été représentée par mesure de simplification. Lors du lancement, les quatre bagues de guidage (1,2,3,4) sont alignées de la manière représentée à la figure 3. La bague (4) de sortie est associée à un volet obturateur (13) en forme de fourreau, par exemple réalisé dans un feuillard en acier inoxydable qui est disposé entre le bloc isolant (15) et l'élément chauffant proprement dit. Ce volet obturateur (13) comporte une fente longitudinale (14). Grâce à une telle conception, lors du lancement (figure 3), la fente (14) est en concordance avec la fente (15) du bloc isolant, ce qui permet de mettre en place le fil puis, cela étant fait, pour la production normale (figure 4), il suffit de manoeuvrer la bague de sortie de manière à la faire tourner pour l'amener dans la position représentée à cette figure 4.Lors de la rotation de la bague de sortie (4), le fourreau (13) (ou volet) vient alors recouvrir les ouvertures des oeillets de guidage, ce qui permet de former, en fonctionnement normal, un conduit fermé à l'intérieur duquel passe le fil (5) à traiter. Une telle conception de four est particulièrement adaptée pour réaliser des machines de texturation, notamment par fausse torsion, compactes, tel qu'illustré à la figure 5. Dans une telle machine, le four conforme à l'invention désigné par la référence générale F, est disposé entre un délivreur (10) pour le fil (5) et une zone de refroidissement (11) suivie d'une broche de fausse torsion (12). Le four F est, dans un tel cas, conçu de la manière illustrée aux figures 1 et 2, pour que dans la zone d'entrée A, le fil soit chauffé par radiation, alors que dans la zone de sortie B, il est chauffé par conduction. Par rapport aux solutions antérieures, il est possible de réduire la longueur du four pour une vitesse de traitement déterminée, étant donné que dans la zone A, le fil n'est pas en contact avec la surface de l'élément chauffant, il peut être élevé très rapidement en température, la zone B permettant de favoriser l'échange thermique, assurant également le guidage et le positionnement du fil dans la zone de chauffage par radiation. Une telle conception évite également, surtout lorsque l'on travaille à très grande vitesse (1000 ou 2000 m/min), les phénomènes nuisibles de vibration du fil (5). A titre indicatif, un tel four peut avoir une longueur comprise entre 0,3 et 2,5 mètres, une température comprise entre 100 C et 15000C, température bien sûr fonction de la vitesse de passage du fil et du traitement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour le traitement de fils 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 longitudinal ouvert sur l'extérieur, à l'intérieur duquel passe le fil (5) à traiter, des moyens de guidage dudit fil (5) étant prévus pour assurer son positionnement à l'intérieur dudit canal, caractérisé en ce que le bloc chauffant est constitué par un ensemble comportant deux sections cylindriques (A,B) ayant des diamètres différents, disposées dans le prolongement l'une de l'autre, des moyens (7,8,9,10) de guidage du fil (5) étant prévus sur la longueur desdits blocs cylindriques, pour que ledit fil (5) soit maintenu à une distance constante de la surface du cylindre (A) de faible diamètre, de telle sorte que son élévation de température soit obtenue dans cette zone par radiation, et qui vienne en contact avec la surface de la zone (B) de grand diamètre, la transmission de chaleur étant alors réalisée par contact ou conduction. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément chauffant est constitué à partir d'un ensemble monobloc, en céramique ou acier inoxydable, la zone cylindrique de faible diamètre (A) supportant sur sa longueur des bagues (1,2,3) munies d'éléments de guidage permettant de maintenir le fil (5) à une distance constante de la surface chauffante, la zone de grand diamètre (B) comportant à son entrée et à sa sortie également deux bagues de guidage (3,4) permettant de faire venir tangenter le fil avec la surface de cette partie cylindrique. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le trajet du fil dans la zone (B) de contact est soit rectiligne, soit de préférence légèrement en forme d'hélice (angle compris entre 0 et 1800). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague (4) de sortie est orientable et permet, lors du lancement, d'avoir l'ensemble des éléments de guidage (1,2,3,4) alignés les uns par rapport aux autres, puis de faire pivoter le dernier élément de guidage (4) pour obtenir l'embarrage souhaité dans la zone de contact (B). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague (4) de sortie est associée à un volet ou fourreau (13) permettant d'obturer le canal longitudinal ouvert sur l'extérieur, de manière à former un conduit fermé à l'intérieur duquel passe le fil (5) en fonctionnement normal. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la mise en température des éléments chauffants proprement dits est obtenue par une résistance électrique noyée à l'intérieur du bloc, résistance comportant un thermocouple incorporé permettant une régulation parfaite de la température, cet élément chauffant étant soit noyé et faisant corps avec le bloc qui l'en- toure, soit éventuellement monté de manière amovible à l'intérieur de celui-ci.