Appareil pour chauffer une feuille
La présente invention a pour objet un appareil pour chauffer une feuille teile qu'une feuille thermoplastique, en vue d'un traitement.
Dans le traitement de certaines matières en feuilles, un chauffage est souvent nécessaire pour obtenir le résultat recherché. Par exemple, on chauffe avant moulage, une feuille thermoplastique à mouler.
I1 est désirable de pouvoir régler la quantité de chaleur fournie à la feuille dans des limites relativement précises, ce qui pose un problème car on n'a pas trouvé à ce jour de procédé commode et précis pour mesurer l'échauffement d'une feuille. En conséquence, il est très difficile de e déterminer le point exact auquel il y a lieu d'en arrêter le chauffage, particulièrement lorsque les températures sont élevées et les durées d'application courtes.
Le but de la présente invention est de réaliser un appareil de chauffage qui permette de déterminer la chaleur absorbée par une matière, et par suite la température de cette matière.
Pour cela, l'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, monté sur un socle qui porte le support, un élément sensible à la chaleur capable de détecter la chaleur émise par le dispositif de chauffage et un dispositif qui interrompt l'apport de chaleur lorsque le détecteur a reçu une quantité de chaleur déterminée provenant du dispositif de chauffage et cela indépendamment de la température du dispositif de chauffage.
Dans un mode de réalisation particulier, l'appareil comprend un élément thermosensible qui, lorsqu'une quantité prédéterminée de chaleur a été fournie, éloigne une source de chaleur et arrête le chauffage de la feuille de matière. Comme la quantité de chaleur fournie détermine la température de l'élément sensible, on utilise cette température pour con tôle, r le cycle de chauffage. Avant le début de cha- que cycle, on refroidit l'élément sensible à la chaleur à une température prédéterminée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue de côté montrant un dispositif de chauffage en position d'escamotage et un châssis de support de la feuille en position ouverte.
La fig. 2 en est une coupe partielle, à plus grande échelle, montrant t le châssis de support fermé sur une feuille à traiter.
La fig. 3 est une coupe, à plus petite échelle, par la ligne 3-3 de la fig. 2, montrant la position du dispositif détecteur de chaleur.
La fig. 4 est une coupe verticale à grande échelle du dispositif détecteur de la chaleur montrant les détails de sa construction, et
la fig. 5 est une vue de côté de la feuille.
Dans la forme d'exécution représentée, un bâti 1 1 supporte un châssis de support de la feuille comprenant un cadre inférieur 12 et un cadre supérieur 13 qui est articulé sur une tige 14 fixée au cadre inférieur 12, le cadre supérieur 13 étant équilibré par un contrepoids 15. Le cadre inférieur 12 est fixé au bâti 1 1 et les deux cadres sont en cornières métalliques. Le rôle du châssis est de maintenir une feuille thermoplastique 16 qui doit être chauffée et moulée. La feuille 16 est maintenue entre les cadres fermés 12 et 13 comme on le voit plus clairement à la fig. 2.
Des cylindres pneumatiques 17 à rappel par ressorts (un seul cylindre est représenté) sont connectés à travers une soupape électromagnétique 18 à une source 19 d'air comprimé pour maintenir les cadres 12 et 13 dans leur position de fermeture.
Un dispositif de chauffage mobile e 24 (fig. 1) sert à chauffer la feuille 16 avant l'opération de moulage. Le dispositif de chauffage 24 comprend une enveloppe 25 contenant une série de dampes de chauffage à l'infrarouge 26 montées et orientées de façon à diriger la chaleur r vers le bas sur la feuille 16.
L'intérieur de l'enveloppe 25 est revêtu d'une matière isolante 27. Le dispositif de chauffage qui fontionne en permanence est équipé de galets 30 qui se déplaceront sur un rail 31 monté audessus du châssis 11. De cette façon, le dispositif de chauffage 24 peut être amené de sa position d'escamotage représentée à la fig. 1 à s-a position active au-dessus de la feuille 16. Un écran isolant 32 formé de fibres de verre de la façon connue est placé comme il est représenté pour absorber la chaleur et empêcher d'endommager l'appareil quand le dispositif 24 est dans sa position escamotée. Le dispositif 24 est déplacé d'une position à l'autre par un cylindre pneumatique 36 relié à un support 37 solidaire de l'enveloppe 25 du dispositif de chauffage.
L'air comprimé est envoyé au cylindre 36 à travers des soupapes électromagnétiques 40 et 41.
Des moules supérieur 44 et inférieur 45 sont prévus pour mouler la feuille thermoplastique chauffée 16 à la forme prédéterminée désirée. Le moule inférieur 45 est supporté par des cylindres pneumatiques 46 à rappel par ressorts, qui le soulèvent dans une position où il coopère avec le moule supérieur 44, tandis que ce dernier est supporté par des cylindres pneumatiques 47, à rappel par ressorts, qui l'abaissent à la position dans laquelle il coopère avec le moule inférieur 45. Les courses des cylindres pneumatiques 46 et 47 sont telles que les deux moules se rencontrent sur la feuille 16 afin de la conformer à la forme désirée. Une soupape électromagné- tique 50 règle e le passage de l'air de la source 19 aux cylindres pneumatiques 46 et 47.
Ces cylindres, qui sont d'une construction connue, sont rappelés à leur position de repos par des ressorts intérieurs de sorte que lorsque la soupape 50 est fermée pour déconnecter la source d'air 19, les moules 44 et 45 reviennent à leurs positions inactives (fig. 1), la soupape électromagnétique 50 permettant de faire échapper l'air comprimé des cylindres 46 et 47.
Le fonctionnement de l'appareil décrit est le sui vans: l'opérateur place manuellement la feuille 16 sur le cadre inférieur 12 du châssis et actionne les cylindres pneumatiques 17 pour faire descendre le cadre supérieur 13 et serrer fortement la feuille 16 par ses bords. On amène le dispositif de chauffage 24 dans sa position de travail au-dessus de la feuille 16 et, après un certain laps de temps, on le ramène à sa position d'escamotage. Ensuite, on déplace les moules 44 et 45 pour les amener au contact de la feuille 16 et la mouler.
Un inconvénient majeur de l'appareil décrit réside dans la a très grande difficulté de chronométrer le cycle de chauffage. La raison en est que le dispositif de chauffage 24 n'est pas toujours à la même tempé rature quand il est amené à sa a position active. Quand le dispositif de chauffage est en position d'escamotage, l'écran de chaleur 32 et le bâti environnant absorbent de la chaleur et en réfléchissent une partie sur le dispositif 24. De plus, quand on amène le dispositif de chauffage à sa position active, la feuille relativement froide 16 et le châssis qui l'entoure absorbent rapidement de la chaleur, provoquant ainsi une baisse de la température du dispositif 24.
Dans la pratique, la température du dispositif de chauffage varie entre 4250 et 3700 environ, quand on le fait passer de la position d'escamotage à la position active. Etant donné que la température du dispositif de chauffage varie avec sa durée de séjour en position d'escamotage, la manière dont sa température baisse et la vitesse à laquelle de la chaleur est fournie à la feuille 16 varient d'un cycle à l'autre. Des périodes d'arrêt, comme par exemple l'heure du déjeuner, les périodes de repos, les temps de changement de moules, etc., permettent à la température d'un dispositif de chauffage à fonctionnement continu de s'élever de façon très importante. Ce problème du chronométrage de la durée de chauffage est résolu par l'adjonction de l'appareil qui va être décrit.
Un détecteur de - chaleur 55 permet de mesurer le débit de chaleur du dispositif 24 afin de régler la durée du cycle de chauffage. Le détecteur 55 est monté dans un coin du cadre inférieur 12 du châssis de support de la feuille et comprend un thermistor à perle 56 (fig. 4) monté dans un réflecteur 57. Le détecteur de chaleur est monté à un niveau tel que le thermistor 56 soit dans le plan de la feuille 16, dont on coupe un coin pour exposer le détecteur 55 à l'action du dispositif de chauffage 24 (fig. 3).
Bien qu'un thermistor soit principalement destiné à mesurer la température, un temps déterminé est nécessaire pour que la température de la perle du thermistor augmente de sa valeur initiale à un pourcentage donné de sa température finale. La vitesse d'accroissement de la température est fonction de la température du dispositif de chauffage, de la masse de la perle du thermistor, de la distance entre le dispositif de chauffage et cette perle, de la surface du réflecteur concentrant la chaleur sur la perle et de divers autres facteurs. La vitesse d'accroissement de la température de la feuille subit l'influence de la plupart de ces mêmes facteurs. Toutefois, la vitesse d'accroissement de sa température n'est pas nécessairement la même que celle de la perle du thermistor.
On peut régler la dimension et la forme du réflecteur de façon que la vitesse d'accroissement de la température du thermistor soit proportionnelle à celle de la feuille. Ensuite, quelle que soit la tempé ratu.re du dispositif de chauffage, la chaleur absorbée par la perle du thermistor sera toujours proportionnelle à celle absorbée par la feuille. La températurc finale de la feuille sera alors toujours la même. Pour une feuille de poids différent, un réglage différent du régulateur de température sera nécessaire.
En commençant chaque cycle de chauffage avec le thermistor 56 à une faible température prédéterminée, par exemple à la température ambiante, et en arrê tant le cycle de chauffage lorsque le thermistor a atteint une température élevée prédéterminée, par exemple 1200 C qui n'est pas nécessairement la température de la feuille, la même quantité de chaleur sera fournie à chaque pièce de la feuille, même si la température du dispositif de chauffage n'est pas constante. Le réglage du point d'arrêt du chauffage varie en fonction du poids des feuilles et doit être déterminé expérimentalement.
Le thermistor 56 est connecté par deux fils à un appareil de commande 60 (fig. 1), connu, qui est relié aux soupapes électromagnétiques 18, 40, 41 et 50. L'appareil de commande 60 peut comporter un circuit en pont (non représenté), dans lequel est monté le thermistor 56, ainsi que des circuits d'actionnement des soupapes électromagnétiques. Tous ces circuits ne sont pas représentés en détail, attendu qu'ils sont connus des spécialistes et divers. Un ajutage 62 relié par l'intermédiaire d'une soupape pelez tromagnétique 63 à la source d'air comprimé 19 envoie un courant d'air de refroidissement sur le thermistor et sur son réflecteur au début de chaque cycle de chauffage.
L'appareil de commande 60 sert à actionner les soupapes électromagnétiques 18, 40, 41, 50 et 63 à des instants déterminés, de façon que l'opération s'effectue automatiquement lorsque l'opérateur a enfoncé le bouton de démarrage 64 prévu sur ledit appareil qui est connecté aux soupapes 18, 40, 41, 50 et 63 par les circuits 68, 69, 70, 71 et 72 respectivement.
En service l'opérateur découpe à la main un coin de la feuille 16 qu'il place sur le cadre inférieur 12 (fig. 3). I1 enfonce ensuite le bouton de démarrage 64. L'appareil de commande 60 actionne les soupapes électromagnétiques 18 et 63 pour admettre de l'air dans les cylindres 17 et pour connecter l'ajutage 62 à la source d'air 19. L'actionnement des cylindres 17 a pour effet de rapprocher les cadres 12 et 13 l'un de l'autre pour enserrer la feuille 16. Pendant que les cadres 12 et 13 se rapprochent, l'ajutage 62 dirige un courant d'air sur le détecteur de chaleur 55 pour assurer qu'il est bien à la température ambiante au début du cycle.
Lorsque le châssis 12, 13 est fermé, l'appareil de commande 60 envoie rapidement du courant dans la soupape électromagnétique 40 de sorte que le cylindre pneumatique 36 amène le dispositif de chauffage 24 dans sa position de travail pour commencer le cycle de chauffage. Lorsque le dispositif 24 est arrivé à sa position de travail, l'appareil de réglage 60 relâche la soupape électromagnétique 63 pour arrêter l'air sortant de l'ajutage 62.
Le dispositif de chauffage 24 étant en position de travail, de la chaleur est fournie à la fois à la feuille 16 et au thermistor 56, de sorte que chaque cycle de chauffage commence à la même température. Quand une quantité prédéterminée de chaleur a été fournie au thermistor 56, il oblige le régulateur 60 à exciter pendant une courte période la soupape électromagnétique 41 de sorte que le cylindre pneumatique 36 ramène le dispositif de chauffage à sa position d'escamotage.
Dès que le dispositif de chauffage 24 est revenu à sa position d'escamotage, l'appareil de commande 60 ouvre la soupape électromagnétique 50, de sorte que les moules supérieur 44 et inférieur 45 se déplacent pour coopérer l'un avec l'autre et conformer la feuille 16. Les moules 44 et 45 restent en contact avec la feuille pendant une durée prédéterminée, à l'expiration de laquelle, l'appareil de réglage 60 désexcite la soupape 50 pour : déconnecter les cylin- dres pneumatiques 46, 47 de la source d'air 19. Ces cylindres pneumatiques 46 et 47 rappelés par leurs ressorts soulèvent le moule supérieur 44 et abaissent le moule inférieur 45 pour libérer la feuille moulée 16. Les moules 44 et 45 absorbent une quantité suffisante de la chaleur de la feuille 16 pour que ce dernier garde sa forme après l'éloignement des moules.
Après que les moules 44 et 45 ont repris leurs positions de repos (fig. 1), l'appareil de commande 60 relâche la soupape électromagnétique 18, l'opérateur enlève la feuille moulée, lui substitue une autre feuille et enfonce à nouveau le bouton de démarrage pour recommencer un autre cycle.
Apparatus for heating a sheet
The present invention relates to an apparatus for heating a sheet such as a thermoplastic sheet, with a view to processing.
In the processing of certain sheet materials, heating is often necessary to achieve the desired result. For example, before molding, a thermoplastic sheet to be molded is heated.
It is desirable to be able to control the amount of heat supplied to the sheet within relatively precise limits, which poses a problem because no convenient and precise method has been found to date for measuring the heating of a sheet. As a result, it is very difficult to determine the exact point at which to stop heating it, especially when temperatures are high and application times short.
The object of the present invention is to provide a heating apparatus which makes it possible to determine the heat absorbed by a material, and consequently the temperature of this material.
For this, the device according to the invention is characterized in that it comprises, mounted on a base which carries the support, a heat-sensitive element capable of detecting the heat emitted by the heating device and a device which interrupts the heat input when the detector has received a determined quantity of heat coming from the heating device and this independently of the temperature of the heating device.
In a particular embodiment, the apparatus includes a thermosensitive element which, when a predetermined amount of heat has been supplied, moves a heat source away and stops heating the sheet of material. As the quantity of heat supplied determines the temperature of the sensitive element, this temperature is used to control the heating cycle. Before the start of each cycle, the heat sensitive element is cooled to a predetermined temperature.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a side view showing a heating device in the retracted position and a support frame for the sheet in the open position.
Fig. 2 is a partial sectional view, on a larger scale, showing the support frame closed on a sheet to be treated.
Fig. 3 is a section, on a smaller scale, through line 3-3 of FIG. 2, showing the position of the heat detecting device.
Fig. 4 is an enlarged vertical section of the heat sensing device showing the details of its construction, and
fig. 5 is a side view of the sheet.
In the embodiment shown, a frame 1 1 supports a sheet support frame comprising a lower frame 12 and an upper frame 13 which is articulated on a rod 14 fixed to the lower frame 12, the upper frame 13 being balanced by a counterweight 15. The lower frame 12 is fixed to the frame 1 1 and the two frames are made of metal angles. The role of the frame is to hold a thermoplastic sheet 16 which is to be heated and molded. The sheet 16 is held between the closed frames 12 and 13 as can be seen more clearly in FIG. 2.
Spring return pneumatic cylinders 17 (a single cylinder is shown) are connected through an electromagnetic valve 18 to a source 19 of compressed air to maintain the frames 12 and 13 in their closed position.
A mobile heater e 24 (Fig. 1) serves to heat the sheet 16 before the molding operation. The heater 24 includes a casing 25 containing a series of infrared heaters 26 mounted and oriented to direct heat r downward onto the sheet 16.
The interior of the casing 25 is covered with an insulating material 27. The heater which operates continuously is equipped with rollers 30 which will move on a rail 31 mounted above the frame 11. In this way, the device of heater 24 can be brought from its retracted position shown in FIG. 1 in its active position above the sheet 16. An insulating screen 32 formed of glass fibers in known fashion is placed as shown to absorb heat and prevent damage to the apparatus when device 24 is in. its retracted position. The device 24 is moved from one position to another by a pneumatic cylinder 36 connected to a support 37 integral with the casing 25 of the heating device.
Compressed air is sent to cylinder 36 through electromagnetic valves 40 and 41.
Upper 44 and lower 45 molds are provided to mold the heated thermoplastic sheet 16 to the desired predetermined shape. The lower mold 45 is supported by pneumatic cylinders 46 with spring return, which lift it into a position where it cooperates with the upper mold 44, while the latter is supported by pneumatic cylinders 47, with spring return, which l 'lower to the position in which it cooperates with the lower mold 45. The strokes of the pneumatic cylinders 46 and 47 are such that the two molds meet on the sheet 16 in order to conform it to the desired shape. An electromagnetic valve 50 regulates the passage of air from source 19 to pneumatic cylinders 46 and 47.
These cylinders, which are of known construction, are returned to their rest position by internal springs so that when the valve 50 is closed to disconnect the air source 19, the molds 44 and 45 return to their inactive positions. (fig. 1), the electromagnetic valve 50 allowing the compressed air to escape from the cylinders 46 and 47.
The operation of the apparatus described is as follows: the operator manually places the sheet 16 on the lower frame 12 of the chassis and actuates the pneumatic cylinders 17 to lower the upper frame 13 and strongly clamp the sheet 16 by its edges. The heating device 24 is brought into its working position above the sheet 16 and, after a certain period of time, it is returned to its retracted position. Next, the molds 44 and 45 are moved to bring them into contact with the sheet 16 and to mold it.
A major drawback of the apparatus described lies in the very great difficulty of timing the heating cycle. This is because the heater 24 is not always at the same temperature when it is brought to its active position. When the heater is in the retracted position, the heat shield 32 and the surrounding frame absorb heat and reflect some of it back onto the device 24. Additionally, when the heater is brought to its active position , the relatively cool sheet 16 and the frame that surrounds it quickly absorbs heat, causing the temperature of the device 24 to drop.
In practice, the temperature of the heating device varies between approximately 4250 and 3700, when it is made to pass from the retracted position to the active position. Since the temperature of the heater varies with its stay in the retracted position, the manner in which its temperature drops and the rate at which heat is supplied to the sheet 16 vary from cycle to cycle. . Downtime, such as lunchtime, rest periods, mold change times, etc., allow the temperature of a continuously operating heater to rise dramatically. important. This problem of timing the heating time is solved by adding the device which will be described.
A heat detector 55 measures the heat flow rate of the device 24 in order to adjust the duration of the heating cycle. The detector 55 is mounted in a corner of the lower frame 12 of the sheet support frame and includes a bead thermistor 56 (Fig. 4) mounted in a reflector 57. The heat detector is mounted at a level such as the thermistor. 56 or in the plane of the sheet 16, a corner of which is cut to expose the detector 55 to the action of the heating device 24 (FIG. 3).
Although a thermistor is primarily intended for measuring temperature, it takes a certain amount of time for the temperature of the thermistor bead to rise from its initial value to a given percentage of its final temperature. The rate of temperature increase is a function of the temperature of the heater, the mass of the thermistor bead, the distance between the heater and this bead, the surface of the reflector concentrating the heat on the bead and various other factors. The rate of increase in sheet temperature is influenced by most of these same factors. However, the rate of increase of its temperature is not necessarily the same as that of the thermistor bead.
The size and shape of the reflector can be adjusted so that the rate of increase in temperature of the thermistor is proportional to that of the sheet. Then, whatever the tempé ratu.re of the heating device, the heat absorbed by the thermistor bead will always be proportional to that absorbed by the sheet. The final temperature of the sheet will then always be the same. For a sheet of different weight, a different setting of the temperature controller will be required.
By starting each heating cycle with the thermistor 56 at a predetermined low temperature, for example at room temperature, and stopping the heating cycle when the thermistor has reached a predetermined high temperature, for example 1200 C which is not necessarily the temperature of the sheet, the same amount of heat will be supplied to each piece of the sheet, even if the temperature of the heater is not constant. The setting of the heating off point varies with the weight of the sheets and should be determined experimentally.
The thermistor 56 is connected by two wires to a known control unit 60 (Fig. 1) which is connected to the electromagnetic valves 18, 40, 41 and 50. The control unit 60 may have a bridge circuit (not shown), in which the thermistor 56 is mounted, as well as circuits for actuating the electromagnetic valves. All these circuits are not shown in detail, since they are known to specialists and various. A nozzle 62 connected via a tromagnetic peel valve 63 to the compressed air source 19 sends a current of cooling air over the thermistor and its reflector at the start of each heating cycle.
The control apparatus 60 serves to actuate the electromagnetic valves 18, 40, 41, 50 and 63 at determined times, so that the operation is carried out automatically when the operator has pressed the start button 64 provided on said said device. apparatus which is connected to valves 18, 40, 41, 50 and 63 by circuits 68, 69, 70, 71 and 72 respectively.
In service the operator cuts by hand a corner of the sheet 16 which he places on the lower frame 12 (fig. 3). He then depresses the start button 64. The control apparatus 60 actuates the electromagnetic valves 18 and 63 to admit air into the cylinders 17 and to connect the nozzle 62 to the air source 19. The actuation cylinders 17 has the effect of bringing the frames 12 and 13 closer to each other to grip the sheet 16. While the frames 12 and 13 approach, the nozzle 62 directs a current of air over the sensor. heat 55 to ensure it is at room temperature at the start of the cycle.
When the frame 12, 13 is closed, the controller 60 quickly sends current to the electromagnetic valve 40 so that the pneumatic cylinder 36 brings the heater 24 to its working position to begin the heating cycle. When the device 24 has reached its working position, the adjustment apparatus 60 releases the electromagnetic valve 63 to stop the air leaving the nozzle 62.
With heater 24 in the working position, heat is supplied to both sheet 16 and thermistor 56, so that each heating cycle begins at the same temperature. When a predetermined amount of heat has been supplied to thermistor 56, it causes regulator 60 to energize solenoid valve 41 for a short time so that pneumatic cylinder 36 returns the heater to its retracted position.
As soon as the heater 24 has returned to its retracted position, the control apparatus 60 opens the electromagnetic valve 50, so that the upper 44 and lower 45 molds move to cooperate with each other and conform the sheet 16. The molds 44 and 45 remain in contact with the sheet for a predetermined period of time, at the expiration of which the regulating device 60 de-energizes the valve 50 in order to: disconnect the pneumatic cylinders 46, 47 from the air source 19. These pneumatic cylinders 46 and 47 returned by their springs raise the upper mold 44 and lower the lower mold 45 to release the molded sheet 16. The molds 44 and 45 absorb a sufficient amount of heat from the sheet. 16 so that the latter keeps its shape after removing the molds.
After the molds 44 and 45 have returned to their rest positions (fig. 1), the control unit 60 releases the electromagnetic valve 18, the operator removes the molded sheet, substitutes for it another sheet and presses the button again. start to start another cycle.