FR3058914A1 - HEATING A WIRE IN CONTINUOUS MOTION - Google Patents
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Abstract
L' invention concerne un procédé de faire un cycle de dépôt de polymère comprenant un processus de chauffage d'un fil (50') en mouvement ayant des propriétés de conducteur électrique. Le procédé comprend l' étape de déposer une couche d'une solution de polymère sur la surface du fil (50'). Le fil (50') est chauffé pour élever la température du fil (50') à une température de consigne prédéterminée. La température du fil (50') est régulée à la température de consigne prédéterminée pour permettre l' évaporation d'un solvant avant la polymérisation de la solution de polymère.The invention relates to a method of conducting a polymer deposition cycle comprising a process for heating a moving wire (50 ') having electrical conductor properties. The method comprises the step of depositing a layer of a polymer solution on the surface of the wire (50 '). The wire (50 ') is heated to raise the temperature of the wire (50') to a predetermined set temperature. The temperature of the wire (50 ') is regulated at the predetermined set temperature to allow the evaporation of a solvent before polymerization of the polymer solution.
Description
Titulaire(s) : COMPAGNIE GENERALE DES ETABLISSEMENTS MICHELIN Société en commandite par actions, MICHELIN RECHERCHE ET TECHNIQUE S.A. Société anonyme.Holder (s): COMPAGNIE GENERALE DES ETABLISSEMENTS MICHELIN Limited partnership with shares, MICHELIN RECHERCHE ET TECHNIQUE S.A. Limited company.
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Mandataire(s) : MANUFACTURE FRANÇAISE DES PNEUMATIQUES MICHELIN.Agent (s): MANUFACTURE FRANÇAISE DES PNEUMATIQUES MICHELIN.
FR 3 058 914 - A1 (54) CHAUFFAGE D'UN FIL EN MOUVEMENT CONTINU.FR 3 058 914 - A1 (54) HEATING A CONTINUOUSLY MOVED WIRE.
©) L'invention concerne un procédé de faire un cycle de dépôt de polymère comprenant un processus de chauffage d'un fil (50') en mouvement ayant des propriétés de conducteur électrique. Le procédé comprend I' étape de déposer une couche d'une solution de polymère sur la surface du fil (50'). Le fil (50') est chauffé pour élever la température du fil (50') à une température de consigne prédéterminée. La température du fil (50') est régulée à la température de consigne prédéterminée pour permettre I' évaporation d'un solvant avant la polymérisation de la solution de polymère.The invention relates to a method of making a polymer deposition cycle comprising a process of heating a moving wire (50 ′) having properties of an electrical conductor. The method includes the step of depositing a layer of a polymer solution on the surface of the wire (50 '). The wire (50 ') is heated to raise the temperature of the wire (50') to a predetermined set temperature. The temperature of the wire (50 ′) is regulated to the predetermined set temperature to allow the evaporation of a solvent before the polymerization of the polymer solution.
ii
CHAUFFAGE D’UN FIL EN MOUVEMENT CONTINUHEATING A CONTINUOUSLY MOVED WIRE
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L’invention concerne de manière générale un procédé de faire un cycle de dépôt de polymère comprenant un processus de chauffage d’un fil en mouvement ayant des propriétés de conducteur.The invention relates generally to a method of making a polymer deposition cycle comprising a process of heating a moving wire having conductive properties.
CONTEXTECONTEXT
Le revêtement de la surface d’un fil par un matériau de nature différente pour en modifier ou en améliorer certaines propriétés est connu et largement utilisé dans l’industrie. Selon la nature et l’utilisation du fil, le revêtement peut servir par exemple à améliorer la résistance à la corrosion, à assurer une isolation électrique, à modifier les propriétés tribologiques, à permettre l’adhésion à un autre matériau ou simplement à la décoration. Dans certains cas, le matériau de revêtement est déposé à l’état liquide et subit ensuite un traitement ou une transformation destiné à le faire passer à l’état solide comme, par exemple, un changement de température, une polymérisation, l’évaporation d’un solvant ou autre.Coating the surface of a wire with a material of a different nature to modify or improve certain properties of it is known and widely used in the industry. Depending on the nature and use of the wire, the coating can be used, for example, to improve corrosion resistance, to provide electrical insulation, to modify tribological properties, to allow adhesion to another material or simply to decoration. . In certain cases, the coating material is deposited in the liquid state and then undergoes a treatment or a transformation intended to make it pass into the solid state such as, for example, a change in temperature, polymerization, evaporation of 'a solvent or other.
Dans le cas d’un traitement ou d’une transformation du revêtement qui nécessite une augmentation de la température, il est parfois préférable d’augmenter la température du fil plutôt que la température ambiante autour du fil pour augmenter la température du revêtement déposé sur le fil et ainsi provoquer la polymérisation. Dans ce cas, le problème à résoudre est de transmettre l’énergie nécessaire pour augmenter sa température à un fil en mouvement continu et pouvant être, dans certains cas, recouvert d’une couche fine d’un matériau à l’état liquide. Pour l’invention décrite ici, le terme « fil » s’applique à des fils ayant des propriétés de conducteurs électriques.In the case of a treatment or transformation of the coating which requires an increase in temperature, it is sometimes preferable to increase the temperature of the wire rather than the ambient temperature around the wire to increase the temperature of the coating deposited on the wire and thus cause polymerization. In this case, the problem to be solved is to transmit the energy necessary to increase its temperature to a wire in continuous movement and which can be, in certain cases, covered with a thin layer of a material in the liquid state. For the invention described here, the term "wire" applies to wires having properties of electrical conductors.
RÉSUMÉABSTRACT
L’invention concerne un procédé de faire un cycle de dépôt de polymère comprenant un processus de chauffage d’un fil en mouvement ayant des propriétés de conducteur électrique. Le procédé comprend les étapes suivantes : déposer une couche d’une solution de polymère sur la surface du fil; chauffer le fil pour élever la température du fil à une température de consigne prédéterminée ; et réguler la température du fil à la température de consigne prédéterminée pour permettreThe invention relates to a method of making a polymer deposition cycle comprising a process of heating a moving wire having electrical conductor properties. The process includes the following steps: depositing a layer of a polymer solution on the surface of the wire; heating the wire to raise the wire temperature to a predetermined set temperature; and regulate the wire temperature to the predetermined set temperature to allow
2016PAT00380 FR l’évaporation d’un solvant avant la polymérisation de la solution de polymère.2016PAT00380 FR evaporation of a solvent before polymerization of the polymer solution.
Dans certains modes de réalisation, les étapes de chauffer le fil et de réguler la température du fil comprennent les étapes suivantes: fournir un circuit de chauffage comprenant une bobine d’induction et un condensateur branchés en parallèle et qui constituent un circuit résonnant ; alimenter le circuit de chauffage par une tension d’alimentation continue; mesurer le courant consommé par l’alimentation du circuit de chauffage; calculer la puissance fournie par l’alimentation du circuit de chauffage; estimer la température du fil; et établir une période de régulation afin d’asservir la température de l’élément à la température de consigne prédéterminée. Dans certains modes de réalisation, cette période de régulation est établie toutes les 100ms.In certain embodiments, the steps of heating the wire and regulating the temperature of the wire include the following steps: providing a heating circuit comprising an induction coil and a capacitor connected in parallel and which constitute a resonant circuit; supply the heating circuit with a continuous supply voltage; measure the current consumed by the heating circuit supply; calculate the power supplied by the heating circuit supply; estimate the wire temperature; and establish a regulation period to control the temperature of the element to the predetermined set temperature. In certain embodiments, this regulation period is established every 100 ms.
Dans certains modes de réalisation, la puissance correspondante à la mesure du courant consommé par l’alimentation du circuit de chauffage représente la puissance électrique consommée pour chauffer l’élément.In some embodiments, the power corresponding to the measurement of the current consumed by the heating circuit supply represents the electric power consumed to heat the element.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend aussi l’étape de varier un temps de chauffe qui est calculé pendant la période de régulation.In some embodiments, the method also includes the step of varying a heating time which is calculated during the regulation period.
Dans certains modes de réalisation, la tension d’alimentation continue est hachée par des transistors électroniques afin de constituer une tension alternative aux bornes de la bobine d’induction et du condensateur. La tension appliquée à la bobine d’induction est sinusoïdale.In certain embodiments, the DC supply voltage is chopped by electronic transistors in order to constitute an alternating voltage across the induction coil and the capacitor. The voltage applied to the induction coil is sinusoidal.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend aussi l’étape d’entraîner l’élément à une vitesse constante prédéterminée en passant l’élément par l’intérieur de la bobine d’induction.In some embodiments, the method also includes the step of driving the element at a predetermined constant speed by passing the element through the interior of the induction coil.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend aussi l’étape de réaliser un traitement de surface du fil par plasma avant l’étape de déposer une couche de la solution de polymère sur la surface du fil.In certain embodiments, the method also includes the step of carrying out a surface treatment of the wire by plasma before the step of depositing a layer of the polymer solution on the surface of the wire.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend aussi l’étape de créer un vide partiel pendant l’étape de chauffer le fil.In some embodiments, the method also includes the step of creating a partial vacuum during the step of heating the wire.
L’invention concerne également un système de régulation de la température de fils en mouvement qui effectue un procédé corne décrit. Le système comprend une installation d’imprégnation qui effectue un processus continu de déposition uniforme de la solution de polymère sur la surface du fil. Le système comprend aussi une installation de chauffage qui effectue un processus de chauffage comprenant le chauffage du fil et la régulation de sa température.The invention also relates to a system for regulating the temperature of moving wires which performs a described horn process. The system includes an impregnation system which performs a continuous process of uniform deposition of the polymer solution on the surface of the wire. The system also includes a heating installation which performs a heating process including heating the wire and regulating its temperature.
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Dans certains modes de réalisation, le système comprend aussi une installation de déroulage et réglage qui réalise des processus de déroulage et réglage du fil; un système d’entrainement qui entraîne le fil à une vitesse constante donnée ; et une installation de rembobinage et réglage qui réalise un processus de rembobinage et réglage de la tension du fil.In certain embodiments, the system also comprises an unwinding and adjusting installation which carries out unwinding and adjusting thread processes; a drive system which drives the wire at a given constant speed; and a rewinding and adjusting facility which performs a rewinding and adjusting thread tension process.
Dans certains modes de réalisation, le système comprend aussi une installation de traitement par plasma qui effectue un traitement par plasma de surface du fil.In some embodiments, the system also includes a plasma treatment facility that performs surface plasma treatment of the wire.
L’invention concerne également un fil formé par le système.The invention also relates to a wire formed by the system.
D’autres aspects de la présente invention vont devenir évidents grâce à la description détaillée suivante.Other aspects of the present invention will become apparent from the following detailed description.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La nature et les divers avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels les mêmes numéros de référence désignent partout des parties identiques, et dans lesquels :The nature and the various advantages of the present invention will be better understood on reading the detailed description which follows, together with the appended drawings, in which the same reference numbers designate identical parts everywhere, and in which:
La figure 1 représente une vue schématique d’un mode de réalisation d’un système pour le chauffage d’un fil en mouvement ayant des propriétés de conducteur électrique.FIG. 1 represents a schematic view of an embodiment of a system for heating a moving wire having properties of an electrical conductor.
La figure 2 représente un mode de réalisation de la bobine d’induction du système de chauffage de la figure 1.FIG. 2 represents an embodiment of the induction coil of the heating system of FIG. 1.
La figure 3 représente un mode de réalisation d’un circuit de chauffage comprenant la bobine d’induction de la figure 2 et un condensateur et qui est utilisé pour chauffer un fil et pour mesurer sa température.Figure 3 shows an embodiment of a heating circuit comprising the induction coil of Figure 2 and a capacitor and which is used to heat a wire and to measure its temperature.
La figure 4 représente une vue schématique d’un mode de réalisation d’un système ayant une série d’installations qui définissent ensemble un cycle de dépôt de polymère.FIG. 4 represents a schematic view of an embodiment of a system having a series of installations which together define a polymer deposition cycle.
La figure 5 représente une vue en perspective et la figure 6 représente une vue de côté d’un exemple d’intégration de la bobine d’induction de la figure 2 pour le chauffage d’un fil recouvert d’une couche fine d’un matériau à l’état liquide.FIG. 5 represents a perspective view and FIG. 6 represents a side view of an example of integration of the induction coil of FIG. 2 for heating a wire covered with a thin layer of a material in the liquid state.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES DESSINSDETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
En se référant maintenant aux figures, sur lesquelles les mêmes numérosReferring now to the figures, in which the same numbers
2016PAT00380 FR identifient des éléments identiques, la figure 1 représente une réalisation d’un système 10 qui comprend une série d’installations qui permettent de réaliser la chauffe d’un fil en mouvement continu à vitesse constante (par exemple, dans le sens de la flèche A de la figure 1) pour que le fil présente les propriétés souhaitées à sa sortie de l’installation. Le fil pourrait être en mouvement dans d’autres systèmes non représentés.2016PAT00380 FR identify identical elements, FIG. 1 represents an embodiment of a system 10 which comprises a series of installations which make it possible to heat a wire in continuous movement at constant speed (for example, in the direction of the arrow A in FIG. 1) so that the wire has the desired properties when it leaves the installation. The wire could be moving in other systems not shown.
Le système 10 comprend une installation de déroulage et réglage 100 qui réalise des processus de déroulage et réglage d’un fil 50. Le fil 50 comprend un matériau conducteur pour que le fil soit un élément ayant des propriétés de conducteur électrique. Le fil 50 peut être un fil métallique ayant un diamètre faible (par exemple, un diamètre de l’ordre de 0.2 mm à 1 mm).The system 10 comprises an unwinding and adjusting installation 100 which carries out the processes of unwinding and adjusting a wire 50. The wire 50 comprises a conductive material so that the wire is an element having properties of electrical conductor. The wire 50 can be a metal wire having a small diameter (for example, a diameter of the order of 0.2 mm to 1 mm).
Le fil 50 est fourni sur une bobine de fil 110 à l’installation 100. Ce fil peut être rond ou de forme simple (par exemple, carrée, ovale, rectangulaire, etc.) pour que le chauffage soit homogène. A l’installation 100, un régulateur de tension 120 régule une tension de déroulage constante du fil 50. La bobine de fil 110 et le régulateur de tension 120 peuvent être sélectionnés parmi divers appareils disponibles dans le commerce et les processus de déroulage et réglage sont connus de l’homme du métier.The wire 50 is supplied on a spool of wire 110 to the installation 100. This wire can be round or of simple shape (for example, square, oval, rectangular, etc.) so that the heating is homogeneous. At installation 100, a voltage regulator 120 regulates a constant wire unwinding voltage 50. The wire spool 110 and the voltage regulator 120 can be selected from various commercially available devices and the unwinding and setting processes are known to those skilled in the art.
A la sortie de l’installation de déroulage et réglage 100, le fil 50 est transporté vers une installation de chauffage 400 qui permet d’élever la température du fil à une valeur appropriée par rapport aux propriétés souhaitées du fil en sortie de l’installation. A l’installation de chauffage 400, le fil 50 défile à une vitesse rapide, et il est chauffé à l'aide d'un chauffage par induction.At the exit from the unwinding and adjusting installation 100, the wire 50 is transported to a heating installation 400 which makes it possible to raise the temperature of the wire to an appropriate value in relation to the desired properties of the wire leaving the installation. . At heating installation 400, wire 50 travels at a rapid speed, and it is heated using induction heating.
En se référant aux figures 2 et 3, le chauffage à induction est composé d’une carte électronique de pilotage alimentant une bobine d’induction 412 et un condensateur 411. La température du fil 50 est augmentée par l’intermédiaire de la bobine d’induction 412 placée autour du fil 50. Le matériau du fil 50 aune conductivité électrique et une résistance qui sont dépendantes de la température.Referring to Figures 2 and 3, the induction heater is composed of an electronic control card supplying an induction coil 412 and a capacitor 411. The temperature of the wire 50 is increased via the coil of induction 412 placed around the wire 50. The material of the wire 50 has an electrical conductivity and a resistance which are dependent on the temperature.
La résistance du matériau peut être calculée par l'intermédiaire de la conductivité électrique étant donné que la résistance et la conductivité sont inversement proportionnelles.The resistance of the material can be calculated via the electrical conductivity since the resistance and the conductivity are inversely proportional.
Lorsque la bobine d’induction 412, à l’intérieur de laquelle passe le fil 50 à chauffer, est alimentée par un courant électrique, elle crée un champ magnétique. Ce champ magnétique induit des courants de Foucault dans le fil métallique 50.When the induction coil 412, inside which passes the wire 50 to be heated, is supplied with an electric current, it creates a magnetic field. This magnetic field induces eddy currents in the metal wire 50.
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C’est l’effet Joule, dû aux courants de Foucault, qui est responsable de l’augmentation de la température de l’objet à chauffer (c.-à-d., le fil 50).It is the Joule effect, due to eddy currents, that is responsible for increasing the temperature of the object to be heated (i.e., wire 50).
La puissance électrique consommée pour chauffer un élément qui est un cylindre de matière peut être décrite comme :The electrical power consumed to heat an element which is a cylinder of material can be described as:
P = π d h H2 yjn p μ0 μ^. f C F où :P = π dh H 2 yjn p μ 0 μ ^. f CF where:
d : Diamètre du cylindre [m] h : Hauteur du cylindre [m]d: Diameter of the cylinder [m] h: Height of the cylinder [m]
H : Intensité du flux magnétique [A/m] p: Résistivité [Ω.ιη] du matériau conducteur de l’élément μο : Perméabilité magnétique du vide (4π. 10-7 H/m) pr : Perméabilité relative du matériau conducteur de l’élément f : Fréquence [Hz]H: Magnetic flux intensity [A / m] p: Resistivity [Ω.ιη] of the conductive material of the element μο: Magnetic permeability of the vacuum (4π. 10-7 H / m) pr: Relative permeability of the conductive material of element f: Frequency [Hz]
C : Facteur de couplage qui diminue avec la longueur de l’inducteurC: Coupling factor which decreases with the length of the inductor
F : Facteur de transmission de puissanceF: Power transmission factor
On constate que la puissance de chauffe dépend de la résistance de la section de l’élément à chauffer (c.-à-d., le fil 50).It is found that the heating power depends on the resistance of the section of the element to be heated (i.e., the wire 50).
La figure 3 représente le schéma électrique du four à induction qui est représenté par un circuit de chauffage 402. Le circuit de chauffage 402 est alimenté par une tension d’alimentation continue (Ubus). La tension alimentation continue est ensuite hachée par des transistors électroniques 408 afin de constituer une tension alternative aux bornes de la bobine 412 (c.-à-d., une self idéale 404 et une résistance self 410) et du condensateur 411 (c.-à-d., un condensateur idéal 406 et une résistance condensateur 407), et cette tension est mesurée par une mesure de tension (V) 414. La tension d’alimentation du circuit de chauffage est bien continue, celle de la bobine est alternative et de fréquence proche de la fréquence de résonnance.FIG. 3 represents the electrical diagram of the induction furnace which is represented by a heating circuit 402. The heating circuit 402 is supplied by a continuous supply voltage (Ubus). The DC supply voltage is then chopped by electronic transistors 408 in order to constitute an alternating voltage across the terminals of the coil 412 (i.e., an ideal choke 404 and a choke resistor 410) and the capacitor 411 (c. ie, an ideal capacitor 406 and a capacitor resistor 407), and this voltage is measured by a voltage measurement (V) 414. The supply voltage of the heating circuit is indeed continuous, that of the coil is alternative and frequency close to the resonance frequency.
La tension d’alimentation du four à induction est pilotée par la carte électronique et son amplitude est donc connue. La puissance fournie par le chauffage peut être donc connue par la mesure du courant qui traverse le circuit grâce à un capteur de courant (voir la mesure du courant (A) 413 à la figure 3) et en multipliant ce courant par l’amplitude de la tension d’alimentation du circuit de chauffage. Le fait de se placer à une fréquence proche de la fréquence de résonance permet de minimiser la puissance d’alimentation.The supply voltage of the induction furnace is controlled by the electronic card and its amplitude is therefore known. The power supplied by the heating can therefore be known by measuring the current flowing through the circuit using a current sensor (see measuring the current (A) 413 in FIG. 3) and by multiplying this current by the amplitude of the heating circuit supply voltage. Positioning yourself at a frequency close to the resonant frequency minimizes the power supply.
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En effet, au premier ordre, l’alimentation du four à induction n’a besoin que de compenser les pertes du système. Ces pertes sont principalement les pertes par courant de Foucault dans l’élément à chauffer. Les pertes par courant de Foucault dépendent de la résistance du fil à chauffer, une résistance qui augmente avec l’augmentation de sa température. En augmentant la température du fil, les pertes et donc la puissance à fournir par l’alimentation sont augmentées.In fact, at the first order, the supply of the induction furnace only needs to compensate for the losses of the system. These losses are mainly the eddy current losses in the element to be heated. The eddy current losses depend on the resistance of the wire to be heated, a resistance which increases with increasing temperature. By increasing the wire temperature, the losses and therefore the power to be supplied by the power supply are increased.
En mesurant la puissance fournie par le chauffage, on arrive donc par correspondance à connaître la température du fil 50. On peut ainsi par une régulation appropriée maîtriser précisément la température du fil 50 afin, par exemple, de ne pas dégrader les propriétés mécaniques du fil.By measuring the power supplied by the heating, we therefore arrive by correspondence to know the temperature of the wire 50. It is thus possible by appropriate regulation to precisely control the temperature of the wire 50 so, for example, not to degrade the mechanical properties of the wire .
Le circuit de chauffage 402 est alimenté, de manière permanente, par une tension continue (Ubus). Pendant une première phase de chauffage, la bobine (412) et le condensateur (411) sont alimentés, durant un temps prédéterminé, par une tension sinusoïdale issue du hachage de la tension continue par les transistors 408. Ce temps est prédéterminé par le régulateur de chauffe, et ce temps dépend, entre autre, de l’erreur de température (consigne-mesure). Pendant cette phase, on mesure le courant consommé par le circuit de chauffage 402. Grâce à la connaissance de la tension d’alimentation (Ubus) du circuit de chauffage (412), on en déduit la puissance consommée par le circuit de chauffage et donc on en déduit la température du fil 50.The heating circuit 402 is supplied, permanently, by a direct voltage (Ubus). During a first heating phase, the coil (412) and the capacitor (411) are supplied, for a predetermined time, by a sinusoidal voltage resulting from the chopping of the DC voltage by the transistors 408. This time is predetermined by the regulator of heating, and this time depends, among other things, on the temperature error (setpoint-measurement). During this phase, the current consumed by the heating circuit 402 is measured. Thanks to the knowledge of the supply voltage (Ubus) of the heating circuit (412), the power consumed by the heating circuit is deduced therefrom and therefore the temperature of the wire 50 is deduced therefrom.
Ensuite, on coupe l'alimentation de la bobine d’induction 412 et du condensateur 411. Après cette coupure, la partie du circuit de chauffage 402 qui comprend un circuit self-condensateur (412 et 411) continue d'osciller à la fréquence de résonance du circuit. C'est à ce moment qu'on mesure la fréquence de résonance grâce à la mesure de tension 414, principalement pour des contrôles de procédé.Then, the supply of the induction coil 412 and of the capacitor 411 is cut off. After this cut-off, the part of the heating circuit 402 which comprises a self-capacitor circuit (412 and 411) continues to oscillate at the frequency of circuit resonance. It is at this point that the resonance frequency is measured using the voltage measurement 414, mainly for process controls.
Enfin, en connaissant la température du fil, un régulateur détermine le temps de chauffage pour une période de régulation afin d’asservir la température du fil 50 à celle de consigne. Dans un mode de réalisation, une période de régulation est établie toutes les 100ms. La valeur de la période de régulation peut être différente, de même, dans le cas cité ici, le temps de conduction varie entre 5 et 95ms. Dans une autre réalisation, la période de régulation est établie toutes les 250ms, et le temps de conduction varie entre 5 et 245ms. Si on choisit une période de régulation différente, le temps de conduction variera.Finally, knowing the wire temperature, a regulator determines the heating time for a regulation period in order to control the temperature of the wire 50 to that of the set point. In one embodiment, a regulation period is established every 100 ms. The value of the regulation period can be different, similarly, in the case cited here, the conduction time varies between 5 and 95 ms. In another embodiment, the regulation period is established every 250 ms, and the conduction time varies between 5 and 245 ms. If a different regulation period is chosen, the conduction time will vary.
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La régulation de température du fil 50 se fait en variant le temps de chauffe calculé par le régulateur pendant la période de régulation (par exemple, le temps de chauffe calculé par le régulateur toutes les 100ms, toutes les 250ms, etc.). Le fil 50 (ou une portion de fil considéré) entre dans la bobine 412 avec une température égale à la température ambiante. Chaque portion de fil considéré se déplace en avançant dans la bobine 412, et chaque portion subit le chauffage A la sortie 412b de la bobine 412, la température du fil 50 a atteint la température de consigne.The temperature regulation of wire 50 is done by varying the heating time calculated by the regulator during the regulation period (for example, the heating time calculated by the regulator every 100 ms, every 250 ms, etc.). The wire 50 (or a portion of wire considered) enters the coil 412 with a temperature equal to ambient temperature. Each portion of wire considered moves forward in the coil 412, and each portion undergoes heating At the outlet 412b of the coil 412, the temperature of the wire 50 has reached the set temperature.
On maintient la température sur toute la longueur du fil, ou durant tout le temps nécessaire au procédé. Le régulateur de température va calculer toute les périodes de régulation (par exemple, toutes les 100ms) le temps de chauffe qui sera dépendant de l’erreur de température. Dans quelques réalisations, il s’est passé plusieurs périodes de régulation avec à chaque fois un temps de chauffe différent et une erreur de température diminuante. La régulation fonctionne tout le temps, et on est tout le temps en train de maintenir la température. On chauffe un peu si la température est proche de la consigne, et on chauffe plus si la température est éloignée de la consigne.The temperature is maintained over the entire length of the wire, or for the entire time necessary for the process. The temperature controller will calculate all the regulation periods (for example, every 100ms) the heating time which will be dependent on the temperature error. In some embodiments, several regulation periods have passed with each time a different heating time and a decreasing temperature error. The regulation works all the time, and we are constantly maintaining the temperature. We heat a little if the temperature is close to the set point, and we heat more if the temperature is far from the set point.
La vitesse de défilement doit être constante pour pouvoir mesurer la température. La géométrie du fil 50 doit aussi être constante, c'est-à-dire que la section transversale du fil doit être constante le long de sa longueur. La résistivité électrique et la perméabilité magnétique du fil 50 doivent être stables pour une température donnée.The scrolling speed must be constant in order to measure the temperature. The geometry of the wire 50 must also be constant, that is to say that the cross section of the wire must be constant along its length. The electrical resistivity and the magnetic permeability of the wire 50 must be stable for a given temperature.
En se référant encore à la figure 1, un fil 50 est entraîné par une installation d’entrainement 500 qui entraîne le fil 50 à une vitesse constante donnée. Dans certaines réalisations, le fil peut se déplacer à une vitesse d’environ 5 m/min. Dans certaines réalisations, le procédé de dépôt permet le dépôt à une vitesse d’avancement du fil de quelques mètres par minute jusqu’à 100 m/min. L’installation d’entrainement 500 peut être sélectionnée parmi une variété d’appareils disponibles dans le commerce.Referring again to Figure 1, a wire 50 is driven by a drive installation 500 which drives the wire 50 at a given constant speed. In some embodiments, the wire can move at a speed of about 5 m / min. In certain embodiments, the deposition process allows deposition at a speed of advancement of the wire of a few meters per minute up to 100 m / min. Training facility 500 can be selected from a variety of commercially available devices.
L’installation d’entrainement 500 transporte le fil 50 à partir de l’installation de chauffage 400 (par le passage au travers de la bobine d’induction 412 dans le sens de la flèche A) vers une installation de rembobinage et réglage 600. L’installation de rembobinage et réglage 600 réalise un processus de rembobinage et réglage de la tension du fil 50 qui alimente une bobine réceptrice 610 de l’installation 600. A l’installation 600, un régulateur de tension 620 réguleThe drive installation 500 transports the wire 50 from the heating installation 400 (by passing through the induction coil 412 in the direction of arrow A) to a rewinding and adjustment installation 600. The rewinding and adjusting installation 600 carries out a rewinding and adjusting the tension of the wire 50 which feeds a take-up reel 610 of the installation 600. At installation 600, a voltage regulator 620 regulates
2016PAT00380 FR une tension de rembobinage constante du fil 50. La bobine réceptrice 610 et le régulateur de tension 620 peuvent être sélectionnés parmi divers appareils disponibles dans le commerce. Les processus de rembobinage et réglage sont connus par l’homme du métier.2016PAT00380 FR a constant wire rewind tension 50. The take-up reel 610 and the tension regulator 620 can be selected from various commercially available devices. The rewinding and setting processes are known to those skilled in the art.
Le dépôt d’un revêtement à la surface d’éléments (comme le fil 50) étant bien connu dans la fabrication de produits variés, la figure 4 présente une réalisation d’un système 10’ qui comprend une série d’installations qui permettent de réaliser ensemble un cycle de dépôt d’un polymère ou d’une solution de polymère dans un solvant. Le système 10’ comprend une installation de déroulage et réglage 100, une installation de chauffage 400, une installation d’entrainement 500 et une installation de rembobinage et réglage 600 comme décrit par rapport au système 10 de la figure 1. Chaque installation permet l’exécution d’au moins un processus pendant le cycle de dépôt de polymère pour effectuer la production des éléments avec une couche fine de polymère, y compris des éléments ayant des propriétés de conducteur électrique.The deposition of a coating on the surface of elements (such as wire 50) being well known in the manufacture of various products, FIG. 4 shows an embodiment of a system 10 ′ which includes a series of installations which allow carry out together a cycle of deposition of a polymer or of a polymer solution in a solvent. The system 10 ′ comprises an unwinding and adjustment installation 100, a heating installation 400, a training installation 500 and a rewinding and adjustment installation 600 as described with respect to system 10 in FIG. 1. Each installation allows the performing at least one process during the polymer deposition cycle to effect production of the elements with a thin layer of polymer, including elements having electrical conductor properties.
Un fil métallique 50’ est obtenu et dirigé de manière continue pour que le fil résultant présente les propriétés souhaitées, lesquelles propriétés sont variables et adaptables en fonction du produit auquel est destiné le fil. L’invention divulguée décrit un processus continu, ce qui signifie que toutes les étapes peuvent être effectuées sans interruption. Des procédés continus éliminent le besoin d'étapes intermédiaires de traitement au cours du processus de formation du revêtement choisi sur le fil sélectionné. Les procédés continus permettent également le revêtement des fils ayant des longueurs plus longues au lieu de morceaux de fil. En fournissant un système capable de revêtir et de produire de grandes longueurs de fil en continu, futilisation de fils dans des divers procédés industriels est autorisée (par exemple, tels que l'incorporation dans du caoutchouc pour une utilisation dans des pneumatiques). Le procédé global de dépôt d’un revêtement peut être effectué relativement plus rapidement, avec moins de variation en termes d'épaisseur, d’homogénéité et d'intégrité du revêtement.A metal wire 50 ’is obtained and directed continuously so that the resulting wire has the desired properties, which properties are variable and adaptable depending on the product for which the wire is intended. The disclosed invention describes a continuous process, which means that all of the steps can be carried out without interruption. Continuous processes eliminate the need for intermediate processing steps during the process of forming the chosen coating on the selected wire. Continuous processes also allow the coating of wires having longer lengths instead of pieces of wire. By providing a system capable of coating and producing long lengths of wire continuously, the use of wires in various industrial processes is permitted (for example, incorporation in rubber for use in tires). The overall coating deposition process can be carried out relatively more quickly, with less variation in thickness, consistency and integrity of the coating.
Le cycle de dépôt de polymère comprend la réalisation d’un processus de chauffage, comprenant le chauffage du fil 50’ et la régulation de sa température, comme décrit par rapport au système 10. Le fil 50’ doit comprendre un matériau conducteur pour que le fil soit un élément ayant des propriétés de conducteur électrique, mais il est entendu que des autres éléments que des fils métalliquesThe polymer deposition cycle includes performing a heating process, including heating the wire 50 'and regulating its temperature, as described with respect to system 10. The wire 50' must include a conductive material in order for the wire is an element having electrical conductor properties, but it is understood that elements other than metallic wires
2016PAT00380 FR pourraient être utilisés.2016PAT00380 FR could be used.
Les propriétés du polymère sont déterminées par les ingrédients sélectionnés pour un mélange d’un polymère dissout dans un solvant (c.-à-d. une solution). Le mélange du polymère et du solvant est ajusté pour obtenir les conditions de dépôt qui permettent un revêtement complet sur le fil (par exemple, pour avoir un taux de viscosité souhaité). Le fil 50’ peut avoir un revêtement d'un polymère déposé à partir d'une solution aqueuse, alcoolique ou organique qui est réticulable avec un matériau élastomère à renforcer (par exemple, du caoutchouc).The properties of the polymer are determined by the ingredients selected for a mixture of a polymer dissolved in a solvent (i.e., a solution). The mixture of polymer and solvent is adjusted to obtain the deposition conditions which allow complete coating on the wire (for example, to have a desired viscosity level). The 50 ’wire can have a coating of a polymer deposited from an aqueous, alcoholic or organic solution which is crosslinkable with an elastomeric material to be reinforced (for example, rubber).
En se référant encore à la figure 4, un fil 50’ obtenu à partir de l’installation de déroulage et réglage 100 est transporté vers une installation de traitement par plasma 200. L’installation de traitement par plasma 200 est une installation optionnelle d’un cycle de dépôt de polymère qui réalise un traitement de surface du fil 50’. Au cours de ce processus, le traitement plasma modifie les propriétés de surface du fil 50’ pour améliorer l’adhérence entre le fil et le polymère. L’installation peut utiliser toutes les solutions plasma connues, y compris les solutions par l’air, par la flamme et par les produits chimiques. Les traitements par plasma sont connus de l’homme du métier.With further reference to FIG. 4, a wire 50 ′ obtained from the unwinding and adjusting installation 100 is transported to a plasma treatment installation 200. The plasma treatment installation 200 is an optional installation for a polymer deposition cycle which performs surface treatment of the wire 50 '. During this process, the plasma treatment modifies the surface properties of the 50 ’wire to improve the adhesion between the wire and the polymer. The installation can use all known plasma solutions, including air, flame and chemical solutions. Plasma treatments are known to those skilled in the art.
En se référant encore à la figure 4 et aux figures 5 à 10, le fil 50’ obtenu à partir de l’installation de traitement par plasma 200 est transporté vers une installation d’imprégnation 300 pour la réalisation d’un processus continu de déposition uniforme de la solution de polymère sous forme liquide sur la surface du fil 50’. L’installation d’imprégnation 300 est une installation d’un cycle de dépôt de polymère qui permet la dépose uniforme d’une couche fine (environ 10 pm) de solution de polymère sur un fil métallique ayant un diamètre faible (par exemple, un diamètre de l’ordre de 0.2 mm à 1 mm).With further reference to FIG. 4 and to FIGS. 5 to 10, the wire 50 ′ obtained from the plasma treatment installation 200 is transported to an impregnation installation 300 for carrying out a continuous deposition process uniform polymer solution in liquid form on the surface of the wire 50 '. The impregnation installation 300 is an installation of a polymer deposition cycle which allows the uniform deposit of a thin layer (approximately 10 μm) of polymer solution on a metal wire having a small diameter (for example, a diameter of the order of 0.2 mm to 1 mm).
Une épaisseur de revêtement uniforme est obtenue sur le fil 50’ par les effets combinés de la tension superficielle et la viscosité de la solution de polymère d’une part, et l’énergie de surface du fil d’autre part. L’épaisseur de la couche de polymère mesurée sur le fil 50’, à la fin du processus de déposition de la solution de polymère, dépend principalement de la viscosité de la solution de polymère et de la vitesse de défilement du fil 50’. Il est préférable que l’épaisseur soit très fine (par exemple, environ 10pm), mais l’épaisseur de la solution dépend de la recette de caoutchouc qui est choisie pour le pneumatique et l’architecture du pneumatique.A uniform coating thickness is obtained on the 50 ’wire by the combined effects of the surface tension and viscosity of the polymer solution on the one hand, and the surface energy of the wire on the other. The thickness of the polymer layer measured on the 50 ’wire, at the end of the polymer solution deposition process, depends mainly on the viscosity of the polymer solution and the speed of movement of the 50’ wire. It is preferable that the thickness is very thin (for example, about 10 μm), but the thickness of the solution depends on the rubber recipe which is chosen for the tire and the architecture of the tire.
2016PAT00380 FR2016PAT00380 FR
En se référant à la figure 4 et aux figures 5 et 6, un fil 50’ obtenu à partir de l’installation d’imprégnation 300 est transporté vers l’installation de chauffage 400 pour la réalisation d’un processus de chauffage, comprenant le chauffage du fil 50’ et la régulation de sa température. A l’installation de chauffage 400, l’évaporation du solvant est obtenue par la mise en œuvre conjointe d’une augmentation de la température du fil 50’ et d’une diminution de pression dans l’espace entourant le fil. Pour évaporer le solvant du fil 50’ de faible diamètre (par exemple, environ 0.2 à 1 mm) qui défile à une vitesse rapide (par exemple, d'au moins 5 m/min), le fil est chauffé à l'aide d'un chauffage par induction comme décrit par rapport au système 10. L’installation de chauffage 400 élève la température du fil métallique donc permettant d’atteindre une température suffisante pour évaporer un solvant et augmenter la viscosité de la solution de polymère avant sa polymérisation.Referring to FIG. 4 and to FIGS. 5 and 6, a wire 50 ′ obtained from the impregnation installation 300 is transported to the heating installation 400 for carrying out a heating process, comprising the heating the wire 50 'and regulating its temperature. At the heating installation 400, the evaporation of the solvent is obtained by the joint implementation of an increase in the temperature of the wire 50 ’and a reduction in pressure in the space surrounding the wire. To evaporate the solvent from the small diameter wire 50 '(for example, about 0.2 to 1 mm) which runs at a rapid speed (for example, at least 5 m / min), the wire is heated using induction heating as described with respect to system 10. The heating installation 400 raises the temperature of the metal wire, thus making it possible to reach a temperature sufficient to evaporate a solvent and increase the viscosity of the polymer solution before its polymerization.
Ce moyen de chauffage permet d’augmenter la température du fil 50 sans contact physique avec lui, ce qui est important en particulier lorsque le fil est, par exemple, recouvert d’un matériau à l’état liquide. C’est la raison pour laquelle le principe de chauffage à induction a été choisi.This heating means makes it possible to increase the temperature of the wire 50 without physical contact with it, which is important in particular when the wire is, for example, covered with a material in the liquid state. This is the reason why the induction heating principle was chosen.
En se référant à la figure 4, dans un exemple de fonctionnement du chauffage, le fil 50’ est un fil en acier de diamètre 0.35 mm enrobé d'une solution liquide contenant un solvant et un polymère. Dans cet exemple, le fil 50’ a été enrobé d’une couche de solution de polymère liquide dans un appareil 300 et se déplace à l’intérieur d’un tube en verre 418 dans lequel un vide partiel a été réalisé. Le fil est chauffé pour vaporiser le solvant contenu dans la solution pour qu'il ne reste à la fin que le polymère à la surface du fil. Le cycle de chauffage est cadencé sur une période de 100 ms. Sur cette période, on peut chauffer de 5 à 95% du temps. Plus le temps de chauffe est long, plus l’énergie injectée dans le fil est grande.Referring to Figure 4, in an example of heating operation, the wire 50 ’is a steel wire with a diameter of 0.35 mm coated with a liquid solution containing a solvent and a polymer. In this example, the wire 50 ’has been coated with a layer of liquid polymer solution in an apparatus 300 and is moving inside a glass tube 418 in which a partial vacuum has been produced. The wire is heated to vaporize the solvent contained in the solution so that at the end only the polymer remains on the surface of the wire. The heating cycle is clocked over a period of 100 ms. Over this period, you can heat 5 to 95% of the time. The longer the heating time, the greater the energy injected into the wire.
Dès qu’elle quitte la bobine d’induction 412, une section donnée du fil 50’ commence à se refroidir, par rayonnement et par convection avec l’atmosphère ambiante. La longueur totale L4i2 de la bobine d’induction est donc proportionnelle au temps nécessaire pour évaporer complètement le solvant de la couche de polymère déposée à la surface du fil 50’ et à sa vitesse d’avancement.As soon as it leaves the induction coil 412, a given section of the wire 50 ′ begins to cool, by radiation and by convection with the ambient atmosphere. The total length L 4 i 2 of the induction coil is therefore proportional to the time necessary to completely evaporate the solvent from the layer of polymer deposited on the surface of the wire 50 'and to its speed of advance.
La vitesse de défilement doit être constante pour pouvoir mesurer la température. La géométrie du fil 50’ doit être constante, c'est-à-dire que le diamètre du fil 50’ doit être constant pour une section ronde ou que géométrie de la section soitThe scrolling speed must be constant in order to measure the temperature. The geometry of the wire 50 ’must be constant, that is to say that the diameter of the wire 50’ must be constant for a round section or that the geometry of the section is
2016PAT00380 FR identique pour les autres formes. La résistivité électrique et la perméabilité magnétique du fil 50’ doivent être stables pour une température donnée.2016PAT00380 FR identical for other forms. The electrical resistivity and magnetic permeability of the 50 ’wire must be stable for a given temperature.
La mesure de température du fil 50’ n'est pas affectée par le revêtement pour autant que ce revêtement ne conduise pas électriquement ni magnétiquement. La mesure de fréquence de résonance combinée à la mesure de résistance de la partie chauffée peut donner une information sur la présence de la partie à chauffer ou de la dégradation du circuit résonnant. La surchauffe du condensateur fait varier la valeur de la capacité. Cette variation se traduit par une variation de fréquence de résonance, cette variation peut être détectée pour prévenir une panne du circuit de chauffage.The temperature measurement of the wire 50 ’is not affected by the coating provided that this coating does not conduct electrically or magnetically. The measurement of resonance frequency combined with the measurement of resistance of the heated part can give information on the presence of the part to be heated or of the degradation of the resonant circuit. Overheating of the capacitor varies the value of the capacitor. This variation results in a variation in resonant frequency, this variation can be detected to prevent a breakdown of the heating circuit.
Un ou plusieurs capteurs et/ou types de capteurs peuvent être éventuellement utilisés, y compris, mais sans limitation, les capteurs environnementaux (par exemple, pour détecter les conditions atmosphériques telles que la température, la pression et/ou l’humidité pendant le déroulement du procédé) et des capteurs de vérification (par exemple, pour détecter une déviation par rapport à une recette prescrite). De cette manière, l’invention permet de traiter une grande variété de fils en fonction du produit à fabriquer.One or more sensors and / or types of sensors may optionally be used, including, but not limited to, environmental sensors (for example, to detect atmospheric conditions such as temperature, pressure and / or humidity during the course of the process) and verification sensors (for example, to detect a deviation from a prescribed recipe). In this way, the invention makes it possible to treat a wide variety of threads depending on the product to be produced.
Au moins certaines des diverses techniques peuvent être mises en œuvre en relation avec un matériel ou un logiciel ou, si cela se justifie, avec une combinaison des deux. Tel qu’utilisé ici, le terme « méthode » ou « procédé » peut englober une ou plusieurs étapes effectuées au moins par un appareil électronique ou basé sur un ordinateur ayant un processeur servant à exécuter des instructions qui réalisent les étapes.At least some of the various techniques can be implemented in connection with hardware or software or, if justified, with a combination of the two. As used herein, the term "method" or "process" may encompass one or more steps performed at least by an electronic device or based on a computer having a processor used to execute instructions that perform the steps.
Les termes « au moins un(e) » et « un(e) ou plusieurs » sont utilisés de façon interchangeable. Les gammes qui sont présentées comme se situant « entre a et b » englobent les valeurs de « a » et « b ».The terms "at least one" and "one or more" are used interchangeably. The ranges that are presented as "between a and b" include the values of "a" and "b".
Bien que des modes de réalisation particuliers de l’appareil révélé aient été illustrés et décrits, on comprendra que divers changements, additions et modifications peuvent être pratiqués sans s’écarter de l’esprit ni de la portée du présent exposé. Par conséquent, aucune limitation ne devrait être imposée sur la portée de l’invention décrite à l’exception de celles exposées dans les revendications annexées.Although particular embodiments of the disclosed apparatus have been illustrated and described, it will be understood that various changes, additions and modifications can be made without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, no limitation should be imposed on the scope of the invention described with the exception of those set out in the appended claims.
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- 2017-10-25 WO PCT/EP2017/077332 patent/WO2018091248A1/en active Application Filing
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