ES2202983T3 - Dispositivo para incorporar hilos de refuerzo individuales en un tubo flexible sin tratar y procedimiento para fabricar un tubo flexible sin tratar reforzado por hilos con la ayuda del dispositivo. - Google Patents
Dispositivo para incorporar hilos de refuerzo individuales en un tubo flexible sin tratar y procedimiento para fabricar un tubo flexible sin tratar reforzado por hilos con la ayuda del dispositivo.Info
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Abstract
Dispositivo (2) para aplicar hilos de refuerzo (8) individuales sobre una capa tubular de un material polímero, que se sigue transformando en un tubo flexible sin tratar, de un material polímero, compuesto por varias capas, reforzado por hilos, en donde el dispositivo (2) presenta las siguientes características: - el dispositivo (2) comprende un anillo de posicionamiento (4) que presenta en una línea circunferencial al menos una serie de agujeros (6) equidistantes, pudiendo guiarse a través de cada agujero (6) un hilo de refuerzo (8) en un ángulo de entrada respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento (4), desde radialmente fuera hacia radialmente dentro, - el dispositivo (2) comprende un elemento de desviación (12) en forma de embudo, rotacionalmente simétrico, que envuelve un solo canal (14) que se estrecha de forma constante, con un orificio de entrada (16) anular y con un orificio de salida (18) anular más pequeño, y en cuya superficie (20) radialmente interior se pueden guiar los hilos de refuerzo (8), - en el orificio de entrada (16), el elemento de desviación presenta un ángulo de entrada a respecto al eje longitudinal (10) del elemento de desviación (12), que corresponde en amplia medida al ángulo de entrada de los hilos de refuerzo (8) respecto al eje longitudinal (10) del anillo de posicionamiento (4), - en el orificio de salida (18), el elemento de desviación (12) presenta un ángulo de salida a respecto al eje longitudinal (10) del elemento de desviación (12) que se sitúa entre 0º y 25º, preferentemente entre 0º y 10º, - el elemento de desviación (12) es envuelto concéntricamente por el anillo de posicionamiento (4) y está orientado axialmente con respecto al anillo de posicionamiento (4), de tal forma que los hilos de refuerzo (8) guiados radialmente por los agujeros (6) del anillo de posicionamiento (4) puedan guiarse directamente hacia el orificio de entrada (16) del elemento de desviación (12).
Description
Dispositivo para incorporar hilos de refuerzo
individuales en un tubo flexible sin tratar y procedimiento para
fabricar un tubo flexible sin tratar reforzado por hilos con la
ayuda del dispositivo.
La invención se refiere a un dispositivo para
aplicar hilos de refuerzo individuales sobre una capa tubular de un
material polímero, que se sigue transformando en un tubo flexible
sin tratar, de un material polímero, compuesto por varias capas,
reforzado por hilos. Asimismo, la invención se refiere a un
procedimiento para fabricar un tubo flexible sin tratar de un
material polímero, reforzado por hilos, compuesto por varias capas,
con la ayuda de un dispositivo de este tipo.
Los productos típicos que se elaboran a partir de
un material polímero reforzado por hilos son tubos flexibles y
resortes neumáticos. El fuelle de resorte neumático de un resorte
neumático, por ejemplo, se encuentra bajo una alta presión. Contiene
una multitud de hilos de refuerzo situados muy juntos uno al lado de
otro, con separaciones equidistantes, para poder resistir esta
presión (un fuelle de resorte neumático usual en el mercado, por
ejemplo, contiene aprox. 200 a 300 hilos de refuerzo por cada 10
cm).
Desde hace mucho tiempo se conoce el
procedimiento de elaborar un fuelle de resorte neumático de varias
capas planas, en las que van incorporados ya los hilos de refuerzo.
Las distintas capas se enrollan en un mandril y se unen entre sí en
una zona de solape o en una zona de choque, después de lo cual se
vulcanizan. Entonces, el fuelle de resorte neumático está
acabado.
El procedimiento conocido tiene la ventaja de que
en una posición plana es posible incorporar de manera sencilla una
gran cantidad de hilos de refuerzo con una separación equidistante
entre sí. Sin embargo, cabe destacar que la zona de solape o de
choque en el fuelle de resorte neumático puede influir negativamente
en las propiedades físicas del fuelle de resorte neumático, además
de reducir la estabilidad del fuelle de resorte neumático en dicha
zona.
Por lo tanto, también se ha propuesto elaborar un
fuelle de resorte neumático a partir de un tubo flexible sin fin
que lleve incorporados ya los hilos de refuerzo equidistantes. La
ventaja de este procedimiento de fabricación consiste en que el
tubo flexible del que el fuelle de resorte neumático se separa con
la longitud deseada, no presenta ni zona de solape ni zona de
choque. Sin embargo, resulta difícil incorporar en un tubo flexible
un gran número de hilos de refuerzo equidistantes. Se han hecho ya
diversas propuestas de cómo esto puede realizarse.
Por el documento EP0605767A1, por ejemplo, se
conoce un dispositivo de coextrusión para fabricar un tubo flexible
sin tratar reforzado por hilos. El tubo flexible sin tratar se
compone de tres capas, estando situados entre la primera y la
tercera capa dos capas enrolladas de forma helicoidal de hilos de
refuerzo equidistantes. Las dos capas de hilos de refuerzo están
separadas entre sí por la segunda capa. Para fabricar un tubo
flexible sin tratar de este tipo, el dispositivo de coextrusión
contiene un primer canal de flujo de sección circular que es
envuelta concéntricamente por un segundo y un tercer canal de flujo
de sección circular. Estos canales de flujo sirven para formar las
distintas capas polímeras del tubo flexible sin tratar. Entre el
primer y el segundo canal de flujo se encuentra un elemento guía
para la primera capa de los hilos de refuerzo que asimismo presenta
una sección circular. Otro elemento guía para la segunda capa de
los hilos de refuerzo se encuentra entre el segundo y el tercer
canal de flujo. Los elementos guía para los hilos de refuerzo están
dispuestos de forma giratoria entre los canales de flujo, para
poder incorporar los hilos de refuerzo de forma helicoidal entre las
dos capas del tubo flexible sin tratar. Cada elemento guía presenta
una multitud de canales guía equidistantes, siendo guiado en cada
canal guía un solo hilo de refuerzo. Los canales de flujo y los
elementos guía tienen la forma de un cono, estrechándose en el
sentido longitudinal al diámetro del tubo flexible sin tratar que se
ha de fabricar.
Con el dispositivo de coextrusión, conocido por
el documento EP0605767A1, en un paso de procedimiento se puede
fabricar un tubo flexible sin tratar que presente dos capas de
hilos de refuerzo equidistantes, enrollados de forma helicoidal.
Sin embargo, cabe destacar que se requiere una preparación
complicada del dispositivo de coextrusión antes de poder comenzar
con la fabricación del tubo flexible sin tratar, ya que los hilos
de refuerzo han de guiarse individualmente a través de los canales
guía de los elementos guía.
También por el documento
US-PS4,578,024 se conoce un dispositivo de
coextrusión que presenta una estructura similar al dispositivo de
coextrusión conocido por el documento EP0605767A1 y con el que,
asimismo, se puede fabricar en un paso de procedimiento un tubo
flexible sin tratar con hilos de refuerzo equidistantes. Sin
embargo, también en este dispositivo de coextrusión, el hilo de
refuerzo individual es guiado en un canal guía asignado a él, de
forma que también en este caso se requiere una preparación
complicada del cabezal de coextrusión, antes de poder comenzar con
la fabricación del tubo flexible sin tratar.
La invención tiene el objetivo de proporcionar un
dispositivo para aplicar hilos de refuerzo individuales sobre una
capa tubular de un material polímero, con cuya ayuda, por una
parte, se pueda fabricar de manera sencilla un tubo flexible sin
tratar con hilos de refuerzo equidistantes y que, por otra parte, se
pueda preparar fácilmente para la fabricación. Asimismo, la
invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento
sencillo para fabricar un tubo flexible sin tratar de un material
polímero, reforzado por hilos, que se pueda preparar y realizar de
forma sencilla.
\newpage
Según las características de la reivindicación 1,
el objetivo se consigue de tal forma que un dispositivo para
aplicar hilos de refuerzo individuales sobre una capa tubular
presenta las siguientes características:
- -
- el dispositivo comprende un anillo de posicionamiento que presenta en una línea circunferencial al menos una serie de agujeros equidistantes, a través de los cuales los hilos de refuerzo pueden guiarse en un ángulo de entrada respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento, desde radialmente fuera hacia radialmente dentro,
- -
- el dispositivo comprende un elemento de desviación en forma de embudo, rotacionalmente simétrico, que envuelve un solo canal que se estrecha de forma constante, con una superficie de entrada anular y con una superficie de salida anular más pequeña, y en cuya superficie radialmente interior, rotacionalmente simétrica, se pueden guiar los hilos de refuerzo,
- -
- en la superficie de entrada, el elemento de desviación presenta un ángulo de entrada \alpha respecto al eje longitudinal del elemento de desviación, que corresponde en amplia medida al ángulo de entrada de los hilos de refuerzo respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento,
- -
- en la superficie de salida, el elemento de desviación presenta un ángulo de salida respecto al eje longitudinal del elemento de desviación que asciende a aprox. 0º a 25º, preferentemente de 0º a 10º,
- -
- el elemento de desviación es envuelto concéntricamente por el anillo de posicionamiento y está orientado axialmente con respecto al anillo de posicionamiento, de tal forma que los hilos de refuerzo guiados radialmente por los agujeros del anillo de posicionamiento puedan guiarse directamente hacia la superficie de entrada del elemento de desviación.
Según la reivindicación 4, el objetivo se
consigue además mediante el siguiente procedimiento:
- -
- por cada agujero del anillo de posicionamiento se guía un hilo de refuerzo en un ángulo de entrada respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento, desde radialmente fuera hacia radialmente dentro
- -
- los hilos de refuerzo se colocan sobre la superficie radialmente interior del elemento de desviación, siendo desviados por el elemento de desviación desde el ángulo de entrada con un recorrido sustancialmente axial, siendo solicitados los hilos de refuerzo permanentemente a tracción, y además de tal forma que para fabricar un tubo flexible sin tratar, reforzado por hilos se realizan los siguientes pasos de procedimiento:
- -
- en una primera estación de elaboración, en un mandril rotacionalmente simétrico se aplica una primera capa de un material polímero
- -
- el mandril revestido de la primera capa es guiado, partiendo de la superficie de entrada del elemento de desviación, concéntricamente por la superficie de salida del elemento de desviación, de tal forma que los hilos de refuerzo situados en la superficie radialmente interior del elemento de desviación se depositen con separaciones equidistantes en la superficie radialmente exterior de la primera capa
- -
- el mandril revestido de la primera capa se alimenta a al menos una estación de elaboración adicional, en la que sobre la primera capa se aplica otra capa de material polímero.
La idea básica de la invención consiste en que
los hilos de refuerzo son guiados individualmente tan sólo por los
agujeros del anillo de posicionamiento, mientras que en el elemento
de desviación no están previstos canales guía individuales para los
distintos hilos de refuerzo. Más bien, cada hilo de refuerzo es
guiado, sin canal guía separado, en la superficie radialmente
interior del elemento de desviación. Si durante ello, cada hilo de
refuerzo individual se solicita a tracción, de forma sorprendente,
los hilos de refuerzo se depositan automáticamente en la superficie
radialmente interior del elemento de desviación, de tal forma que
en la superficie de salida anular del elemento de desviación
adopten todos la separación equidistante deseada entre sí (para más
detalles, véase la descripción de las figuras).
Las ventajas que se consiguen con la invención
consisten particularmente en que los hilos de refuerzo individuales
pueden guiarse de una manera sencilla por los distintos agujeros en
el anillo de posicionamiento, porque en los distintos agujeros no se
trata de canales guía alargados. Otra ventaja de la invención
consiste en que los distintos hilos de refuerzo se depositan
automáticamente y de la manera deseada en la superficie radialmente
interior del elemento de desviación, si sobre los hilos de refuerzo
se ejerce una tracción en el sentido longitudinal del elemento de
desviación. Por lo tanto, en el elemento de desviación se puede
renunciar totalmente a los canales guía alargados para guiar los
distintos hilos de refuerzo, y el dispositivo se puede preparar
fácilmente para la fabricación. Otra ventaja de la invención
consiste en que los distintos hilos de refuerzo están libremente
accesibles en el elemento de desviación, lo que permite, entre
otras cosas, una vigilancia sencilla de los hilos.
Según una variante de la invención según la
reivindicación 2, los hilos de refuerzo son guiados a través del
anillo de posicionamiento en un ángulo de entrada de aprox. 40º a
100º, preferentemente de 80º a 90º, con respecto al eje longitudinal
del anillo de posicionamiento. Por consiguiente, el elemento de
desviación presenta en el orificio de entrada también un ángulo de
entrada \alpha de 40º a 100º, preferentemente de 80º a 90º, con
respecto al eje longitudinal del elemento de desviación. La ventaja
de esta variante consiste en que los distintos hilos de refuerzo
pueden guiarse radialmente por fuera del anillo de posicionamiento,
prácticamente de forma perpendicular respecto al eje longitudinal
del anillo de posicionamiento (lo que corresponde a un ángulo de
entrada de 90º). Por lo tanto, una fileta de bobinas a la que va
fijada una multitud de bobinas de las que se desarrollan los hilos
de refuerzo individuales, puede estar orientada perpendicularmente
respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento, de tal
forma que el dispositivo completo para aplicar los distintos hilos
de refuerzo, incluyendo la fileta de bobinas, precise sólo una
pequeña longitud.
Según una variante de la invención según la
reivindicación 3, la superficie radialmente interior del elemento
de desviación corresponde en mayor medida a la superficie que se
produce durante la rotación de un cuarto de círculo o de un cuarto
de elipse alrededor del eje longitudinal del anillo de
posicionamiento. La ventaja de esta variante consiste en que los
distintos hilos de refuerzo pueden desviarse en una longitud
relativamente corta, desde un ángulo de entrada de 80º a 90º
respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento, a un
ángulo de salida de 0º a 15º respecto al eje longitudinal del anillo
de posicionamiento.
Según una variante del procedimiento según la
reivindicación 5, la primera capa es provista en su superficie
radialmente exterior, antes de la deposición de los hilos de
refuerzo en la misma, con una capa adherente, por ejemplo en forma
de una solución de caucho. Según esta variante, se procede
especialmente si los hilos de refuerzo individuales han de
depositarse paralelamente respecto al sentido longitudinal de la
primera capa, en la superficie radialmente exterior de esta capa, ya
que entonces no están disponibles fuerzas circunferenciales para la
incorporación de hilos. En este caso, los distintos hilos de
refuerzo son "encolados" por la solución de caucho en la
superficie radialmente exterior de la primera capa, de modo que los
distintos hilos de refuerzo se mantengan de forma fiable en su
posición.
Según otra variante del procedimiento, según la
reivindicación 6, el anillo de posicionamiento y el elemento de
desviación rotan a la misma velocidad angular alrededor de su eje
longitudinal, de tal forma que los hilos de refuerzo se depositen
en forma de espiral en la superficie radialmente exterior de la
primera capa. También en esta variante, el mandril se mueve de
forma exclusivamente traslacional partiendo de la superficie de
entrada, pasando por la superficie de salida del elemento de
desviación, de forma que mediante esta variante se puede fabricar un
tubo flexible sin tratar con una capa helicoidal de hilos de
refuerzo. Según esta variante, no es obligatorio proveer la
superficie radialmente exterior de la primera capa con una capa
adherente, antes de la deposición de los hilos de fuerzo, porque
gracias a la deposición helicoidal de los distintos hilos de
refuerzo sobre cada hilo de refuerzo actúa una fuerza orientada
radialmente hacia adentro fijando cada hilo de refuerzo
automáticamente en su posición.
Según una variante de la invención de acuerdo con
la reivindicación 7, la superficie radialmente exterior de la
primera capa, después de la deposición de los hilos de refuerzo en
la misma, se cubre con una capa intermedia en una estación de
elaboración, y sobre esta capa intermedia se depositan otros hilos
de refuerzo de la misma manera como ya se ha descrito en contexto
con la reivindicación subordinada 4. La ventaja de esta variante
consiste en poder fabricar un tubo flexible sin tratar con dos
capas de refuerzo de hilos de refuerzo individuales, equidistantes,
separadas entre sí por una capa polímera.
Según una variante de la invención de acuerdo con
la reivindicación 8, el anillo de posicionamiento y el elemento de
desviación del primer dispositivo y del dispositivo adicional rotan
alrededor de su eje longitudinal a una velocidad angular, de tal
forma que los hilos de refuerzo queden depositados de forma
helicoidal en la superficie radialmente exterior de la primera capa
o de la capa intermedia, siendo el sentido de giro del anillo de
posicionamiento y del elemento de desviación del dispositivo
adicional contrario al sentido de giro del anillo de
posicionamiento y del elemento de desviación del primer
dispositivo, mientras que, preferentemente, las velocidades
angulares a las que rotan los dos dispositivos coinciden
prácticamente. La velocidad angular se calcula a partir de la
relación n = v/2\pi D tan \delta. Aquí, n significa el número de
revoluciones del dispositivo de desviación, v significa la
velocidad axial del mandril, D significa el diámetro exterior del
tubo flexible sin tratar, que se ha de enrollar y \delta
significa el ángulo del hilo respecto al sentido circunferencial del
mandril. La ventaja de esta variante consiste en que con la ayuda
del primer y del segundo dispositivo es posible fabricar de manera
sencilla un tubo flexible sin tratar que presente dos capas de
refuerzo enrolladas helicoidalmente a partir de hilos de refuerzo
individuales, equidistantes, separadas entre sí por una capa
intermedia.
Según una variante del procedimiento, según la
reivindicación 9, el radio del mandril corresponde en mayor medida
al radio de la superficie de salida del primer dispositivo de
desviación o del segundo dispositivo de desviación, si éste existe.
Por la formulación "en mayor medida al radio de la superficie de
salida" se entiende que una capa aplicada sobre el mandril puede
guiarse a una separación mínima por la superficie de salida del
elemento de desviación sin tocar la superficie radialmente interior
del elemento de desviación en la superficie de salida. La ventaja de
esta variante consiste en que los distintos hilos de refuerzo entre
el mandril y la superficie radialmente interior de la superficie de
salida son guiados exactamente en el sentido axial, permitiendo una
deposición especialmente exacta en la superficie radialmente
exterior de la capa en el mandril.
Según una variante del procedimiento, según la
reivindicación 10, la solicitación a tracción que actúa sobre cada
hilo de refuerzo asciende a entre 0,5 N y 5 N, preferentemente entre
0,6 N a 1 N por hilo. Se ha mostrado que una solicitación a
tracción de este tipo es suficiente para garantizar que los
distintos hilos de refuerzo se depositen exactamente sobre la
superficie radialmente interior del elemento de desviación. La
ventaja de esta variante consiste en que la solicitación a tracción
total, que actúa sobre todos los hilos de refuerzo y que debe ser
aplicada por el mandril que se mueve de forma traslacional, es
relativamente reducida.
Un ejemplo de realización y otras ventajas de la
invención se describirán en relación con las siguientes figuras.
Muestran:
la figura 1a un dispositivo para aplicar hilos de
refuerzo individuales sobre una capa tubular en un corte
\hbox{longitudinal,}
la figura 1b un dispositivo para aplicar hilos de
refuerzo individuales sobre una capa tubular en un corte
transversal,
la figura 2 un elemento de desviación
rotacionalmente simétrico, en forma de embudo, en vista
esquemática,
la figura 3 un dispositivo para aplicar hilos de
refuerzo individuales sobre una capa tubular en corte
longitudinal,
la figura 4 un tren de fabricación para fabricar
un tubo flexible sin tratar, reforzado por hilos, compuesto por
varias capas, en representación esquemática.
La figura 1a representa un dispositivo 2 para
aplicar hilos de refuerzo individuales sobre una capa tubular en
corte longitudinal. El dispositivo 2 comprende un anillo de
posicionamiento 4 circular que en una línea circunferencial
presenta una serie de agujeros 6 equidistantes (véase también la
figura 1b que representa un corte transversal a lo largo de la
línea Ib-Ib dibujada en la figura 1a). A través de
cada uno de los agujeros 6, un hilo de refuerzo 8 es guiado en un
ángulo de entrada \alpha respecto al eje longitudinal 10 del
anillo de posicionamiento 4, desde radialmente fuera hacia
radialmente dentro. Cada hilo de refuerzo 8 individual se desenrolla
desde una bobina situada radialmente por fuera del anillo de
posicionamiento 4, que está fijada sobre una fileta de bobinas que
envuelve concéntricamente el anillo de posicionamiento 4 (las
bobinas y la fileta de bobinas no están dibujadas en la figura 1a, a
este respecto se remite a la figura 4).
Además del anillo de posicionamiento 4, el
dispositivo 2 comprende un elemento de desviación 12
rotacionalmente simétrico, en forma de embudo. Éste presenta un
solo canal 14 que se estrecha de forma constante, con un orificio de
entrada 16 anular y con un orificio de salida 18 anular más
pequeño. El diámetro del orificio de entrada 16 corresponde al
diámetro interior del anillo de posicionamiento. En la superficie
20 radialmente interior del elemento de desviación 12 se guían los
distintos hilos de refuerzo 8. Esto se explica más detalladamente
en contexto con las siguientes figuras.
En el orificio de entrada 16, una tangente 22
aplicada en el sentido longitudinal en la superficie 20 radialmente
interior presenta un ángulo de entrada \alpha respecto al eje
longitudinal 10 del elemento de desviación 12. El ángulo de entrada
\alpha coincide con el ángulo de entrada \alpha de los hilos de
refuerzo 8 con respecto al eje longitudinal 10 del anillo de
posicionamiento 4, y se sitúa entre 40º y 100º, preferentemente
entre 80º y 90º.
En el orificio de salida 18, una tangente 24
aplicada en el sentido longitudinal en la superficie 20 radialmente
interior presenta un ángulo de salida \beta con respecto al eje
longitudinal 10 del elemento de desviación 12, que se sitúa entre 0º
y 25º, preferentemente entre 0º y 10º.
El elemento de desviación 12 es encerrado
concéntricamente por el anillo de posicionamiento 4, de tal forma
que el eje longitudinal 10 del elemento de desviación 12 coincida
con el eje longitudinal 10 del anillo de posicionamiento 4. Además,
el elemento de desviación 12 está orientado axialmente con respecto
al anillo de posicionamiento 4, de tal forma que los agujeros 6 del
anillo de posicionamiento 4 se encuentren directamente delante del
orificio de entrada 16 del elemento de desviación 12, de modo que
los hilos de refuerzo 8 guiados por los agujeros 6 desde
radialmente fuera hacia radialmente dentro, puedan guiarse
directamente al orificio de entrada 16 del elemento de desviación
12. Un hilo de refuerzo 8 guiado en la superficie radialmente
interior, que radialmente por fuera del anillo de posicionamiento 4
adopta el ángulo \alpha con respecto al eje longitudinal 10, es
desviado por el elemento de desviación 12, de tal forma que en el
orificio de salida 18 adopte un ángulo \beta con respecto al eje
longitudinal 10.
La figura 1b representa un corte a lo largo de la
línea Ib-Ib dibujada en la figura 1a. En una línea
circunferencial del anillo de posicionamiento 4 está dispuesta una
multitud de agujeros 6. Dos agujeros 6a y 6b situados uno al lado de
otro en el anillo de posicionamiento 4 presentan respectivamente la
misma separación D entre sí. A través de uno de los agujeros 6, un
hilo de refuerzo 8 es guiado a la superficie 20 radialmente
interior del elemento de desviación 12, tal como ya se ha descrito
en relación con la figura 1a.
La figura 2 muestra la superficie 20 radialmente
interna de un elemento de desviación 12, en una vista en
perspectiva. La superficie 20 radialmente interior está configurada
de forma rotacionalmente simétrica respecto al eje longitudinal 10 y
en forma de embudo. En la superficie 20 radialmente interior se
extienden dos hilos de refuerzo 8. En el orificio de entrada 16,
dos hilos de refuerzo 8a y 8b contiguos, cualquiera, tienen una
separación D entre sí que está predefinida por la separación de los
agujeros 6 en el anillo de posicionamiento 4. En el orificio de
salida 18, dos hilos de refuerzo 8a, 8b contiguos, cualquiera,
tienen la separación d entre sí. Por tanto, todos los hilos de
refuerzo 8 tienen separaciones equidistantes entre sí, tanto en el
orificio de entrada 16 como en el orificio de salida 18. La relación
D/d es igual que la relación R/r, correspondiendo R al radio del
orificio de entrada 16 y r al radio del orificio de salida 18. Es
decir que hay d = Dr/R. Por tanto, por medio del elemento de
desviación 12 en forma de embudo, los distintos hilos de refuerzo 8
que en el orificio de entrada 16 presentan grandes separaciones D
equidistantes entre sí, se reúnen hasta pequeñas separaciones
equidistantes. La "medida de la reunión" es determinada por la
relación r/R.
A continuación, se explicará como se produce la
orientación antes descrita de los hilos de refuerzo 8 en la
superficie 20 radialmente interior. Cuando los hilos de refuerzo 8
son guiados partiendo del orificio de salida 16, pasando por la
parte radialmente interior del elemento de desviación 12, al
orificio de salida 18, siendo solicitados a tracción durante ello,
los hilos de refuerzo 8 se depositan sobre la superficie 20
radialmente interior del elemento de desviación 12. Debido a la
solicitación a tracción que actúa sobre cada hilo de refuerzo 8 en
el sentido longitudinal del elemento de desviación 12 (indicado por
la flecha en la figura 2), esto se produce automáticamente, de tal
forma que cada hilo de refuerzo se extiende, partiendo de un punto
26 en el orificio de entrada 16, por la vía más corta, hacia un
punto 28 en el orificio de salida 18. Esta línea de unión más
corta, a lo largo de la cual se extiende un hilo de refuerzo 8,
obviamente está determinada por el hecho de que el hilo de refuerzo
8 se encuentra en posición perpendicular sobre cualquier línea
circunferencial 30 circular, imaginaria, de la superficie 20
radialmente interior. La consecuencia de ello es que los hilos de
refuerzo 8 que se extienden desde el orificio de entrada 16 hacia el
orificio de salida 18 se acercan exclusivamente unos o otros,
mientras que en cualquier línea circunferencial 30 circular,
imaginaria, adoptan unas separaciones equidistantes entre sí. Es
que, en caso contrario, habría al menos una línea circunferencial
30 circular, imaginaria, sobre la que no todos los hilos de
refuerzo 8 se encontrarían en posición perpendicular. Por lo tanto,
los hilos de refuerzo 8 adoptan unas separaciones equidistantes
entre sí, especialmente también en el orificio de salida 18.
La superficie 20 radialmente interior de elemento
de desviación 12, configurada de forma rotacionalmente simétrica en
forma de embudo, hace pues que los hilos de refuerzo se desvíen tal
como se ha descrito en relación con la figura 1. Además, la
superficie 20 radialmente interior hace que la separación D entre
dos hilos de refuerzo contiguos en el orificio de entrada 16 se
reduzca a la distancia d de dos hilos de refuerzo contiguos en el
orificio de salida 18. Todo ello se consigue sin que en la
superficie 20 radialmente interior haya que prever ningún canal guía
individual para cada hilo de refuerzo individual. La única
condición que ha de cumplirse es que sobre los hilos de refuerzo 8
se ejerza una solicitación a tracción en el sentido longitudinal del
elemento de desviación 12. Además, las fuerzas de fricción entre
los hilos de refuerzo y la superficie 20 radialmente interior deben
ser lo más reducidas posible para permitir una fácil orientación de
los hilos.
La figura 3 representa un dispositivo 2 para
aplicar hilos de refuerzo individuales sobre una capa tubular en
corte longitudinal con un anillo de posicionamiento 4 circular y
con un elemento de desviación rotacionalmente simétrico.
Básicamente, el dispositivo presenta la misma estructura que se ha
descrito ya en contexto con la figura 1, de modo que se remite a la
descripción de la figura en cuestión. En el dispositivo 2
representado en la figura 3, la superficie 20 radialmente interior
del elemento de desviación 12 corresponde en mayor medida a la
superficie que se produce durante la rotación de un cuarto de
círculo (o de un cuarto de elipse) alrededor del eje longitudinal 10
del anillo de posicionamiento 4. En el ejemplo de realización
representado en la figura 3, los distintos hilos de refuerzo 8 son
guiados desde radialmente fuera hacia radialmente dentro, en un
ángulo de entrada respecto al eje longitudinal 10 del anillo de
posicionamiento 4, que se sitúa entre 80º y 100º, preferentemente
entre 80º y 90º. Por el elemento de desviación 12, los distintos
hilos de refuerzo son desviados de tal forma que en la superficie
de salida del elemento de desviación 12 adopten un ángulo de salida
situado entre 0º y 10º. Una desviación a través de una zona angular
tan grande puede ser realizada con un recorrido muy corto por el
elemento de desviación 12 representado en la figura 3.
A través de la parte radialmente interior del
elemento de desviación 12, partiendo del orificio de entrada 16, es
guiado de forma concéntrica un mandril 32 (el sentido de movimiento
del mandril 32 está indicado por la flecha). El diámetro del mandril
32 corresponde en mayor medida al diámetro del orificio de salida
18 del elemento de desviación 12. En la zona del orificio de salida
18, el elemento de desviación 12 presenta un manguito de centrado
34 elástico, rotacionalmente simétrico, cuya superficie radialmente
interior se convierte a ras en la superficie 20 radialmente interior
del elemento de desviación 12. El manguito de centrado 34 permite
guiar el mandril 32 por la parte radialmente interior del elemento
de desviación 12, aunque esté revestido de una fina capa tubular de
un material polímero. En este caso, el manguito de centrado
elástico es presionado hacia radialmente fuera, en el grosor de la
capa tubular, y los hilos de refuerzo se depositan en la superficie
radialmente exterior de la capa tubular.
La figura 4 muestra en una representación
esquemática un tren de fabricación para fabricar un tubo flexible
sin tratar reforzado por hilos, compuesto por varias capas, en un
corte longitudinal. El mandril 32 es guiado en el sentido de la
flecha, desde la izquierda hacia la derecha, pasando por las
distintas estaciones de elaboración. Con la ayuda de una primera
extrusionadora 36, el mandril 32 se aplica sobre una primera capa
tubular de un material polímero. Sobre la superficie radialmente
exterior de la primera capa tubular, en una estación de elaboración
38 se puede aplicar una capa adhesiva. A continuación, el mandril
32 es guiado a través de un primer dispositivo 2a para la
aplicación de hilos de refuerzo 8 individuales. El dispositivo 2a
tiene la misma estructura que ya se ha descrito en relación con la
figura 3. Además, el mandril 32 también es guiado a través del
dispositivo 2a de la misma manera que ya se ha descrito en relación
con la figura 3. Los hilos de refuerzo 8 facilitados por una fileta
de bobinas 40 que envuelve el dispositivo 2a de forma concéntrica,
son desviados por el dispositivo 2a y se depositan con separaciones
equidistantes sobre la superficie radialmente exterior de la
primera capa.
Para que los hilos de refuerzo situados en la
superficie radialmente interior del dispositivo 2 sean solicitados
permanentemente a tracción en el sentido longitudinal del mandril
32, a causa del movimiento traslacional del mandril, cada bobina 42
de la fileta de bobinas 40 incluye un freno. Por medio del freno se
puede ajustar la fuerza de tracción que actúe sobre cada hilo de
refuerzo individual, eligiéndose preferentemente una fuerza de
tracción situada entre 5 N y 50 N, preferentemente entre 0,6 N y 1
N por hilo de refuerzo.
Después de haberse depositado en el primer
dispositivo 2a los hilos de refuerzo sobre la superficie
radialmente exterior de la primera capa del tubo flexible sin
tratar, ésta se cubre con una capa intermedia en otra estación de
elaboración 40. En la capa intermedia puede tratarse de otra capa
de un material polímero o de una capa adhesiva.
Entonces, en el dispositivo 2b, sobre la
superficie radialmente exterior de la capa intermedia se deposita
otra capa de hilos de refuerzo. Esto se realiza de la misma manera
que ya se ha descrito en contexto con la deposición de hilos de
refuerzo sobre la superficie radialmente exterior de la primera
capa.
Finalmente, el mandril 32 se hace pasar por una
segunda extrusionadora 44, en la que la superficie radialmente
exterior de la capa intermedia se cubre con otra capa de un
material polímero. Ahora, el tubo flexible está acabado y se puede
seguir transformando de la manera conocida.
El primer dispositivo 2a y la primera fileta de
bobinas 40a correspondiente pueden rotar alrededor del eje
longitudinal del mandril a una velocidad angular determinada que
coincida. En este caso, los hilos de refuerzo se depositan en
espiral sobre la superficie radialmente exterior de la primera capa.
De manera correspondiente, el segundo dispositivo 2b y la fileta de
bobinas 40 asignada al mismo, asimismo pueden rotar alrededor del
eje longitudinal del mandril 32, a una velocidad angular
determinada que coincida. En este caso, los hilos de refuerzo
también se depositan en espiral sobre la capa intermedia.
Preferentemente, las velocidades angulares de los dispositivos 2a y
2b y de las filetas de bobinas 40a y 40b coinciden y los sentidos de
giro de los dispositivos 2a y 2b y de las filetas de bobinas 40a y
40b son contrarios. En este caso, el ángulo de paso de las dos
espirales es el mismo, siendo contrario únicamente su sentido de
giro.
2 | Dispositivo para aplicar hilos de refuerzo individuales |
4 | Anillo de posicionamiento |
6 | Agujero |
8 | Hilos de refuerzo |
10 | Eje longitudinal del anillo de posicionamiento |
12 | Elemento de desviación |
14 | Canal |
16 | Orificio de entrada anular |
18 | Orificio de salida anular |
20 | Superficie radialmente interior |
22, 24 | Tangente |
26, 28 | Punto |
30 | Línea circunferencial circular |
32 | Mandril |
34 | Manguito de centrado |
36 | Primera extrusionadora |
38 | Estación de elaboración |
40 | Fileta de bobinas |
42 | Bobina |
40, 42 | Estación de elaboración |
44 | Segunda extrusionadora |
Claims (10)
1. Dispositivo (2) para aplicar hilos de refuerzo
(8) individuales sobre una capa tubular de un material polímero,
que se sigue transformando en un tubo flexible sin tratar, de un
material polímero, compuesto por varias capas, reforzado por hilos,
en donde el dispositivo (2) presenta las siguientes
características:
- el dispositivo (2) comprende un anillo de
posicionamiento (4) que presenta en una línea circunferencial al
menos una serie de agujeros (6) equidistantes, pudiendo guiarse a
través de cada agujero (6) un hilo de refuerzo (8) en un ángulo de
entrada respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento
(4), desde radialmente fuera hacia radialmente dentro,
- el dispositivo (2) comprende un elemento de
desviación (12) en forma de embudo, rotacionalmente simétrico, que
envuelve un solo canal (14) que se estrecha de forma constante, con
un orificio de entrada (16) anular y con un orificio de salida (18)
anular más pequeño, y en cuya superficie (20) radialmente interior
se pueden guiar los hilos de refuerzo (8),
- en el orificio de entrada (16), el elemento de
desviación presenta un ángulo de entrada \alpha respecto al eje
longitudinal (10) del elemento de desviación (12), que corresponde
en amplia medida al ángulo de entrada de los hilos de refuerzo (8)
respecto al eje longitudinal (10) del anillo de posicionamiento
(4),
- en el orificio de salida (18), el elemento de
desviación (12) presenta un ángulo de salida \beta respecto al
eje longitudinal (10) del elemento de desviación (12) que se sitúa
entre 0º y 25º, preferentemente entre 0º y 10º,
- el elemento de desviación (12) es envuelto
concéntricamente por el anillo de posicionamiento (4) y está
orientado axialmente con respecto al anillo de posicionamiento (4),
de tal forma que los hilos de refuerzo (8) guiados radialmente por
los agujeros (6) del anillo de posicionamiento (4) puedan guiarse
directamente hacia el orificio de entrada (16) del elemento de
desviación (12).
2. Dispositivo (2) según la reivindicación 1,
caracterizado porque los hilos de refuerzo (8) son guiados
en un ángulo de entrada de entre 40º y 100º, preferentemente entre
80º y 90º, con respecto al eje longitudinal (10) del anillo de
posicionamiento (4), a través de los agujeros (6) del anillo de
posicionamiento (4).
3. Dispositivo (2) según la reivindicación 2,
caracterizado porque la superficie (20) radialmente interior
del elemento de desviación (12) corresponde en mayor medida a la
superficie que se produce durante la rotación de un cuarto de
círculo o de un cuarto de elipse alrededor del eje longitudinal del
anillo de posicionamiento.
4. Procedimiento para fabricar un tubo flexible
sin tratar de un material polímero, reforzado por hilos, compuesto
por varias capas, mediante un dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el cual
- -
- por cada agujero (6) del anillo de posicionamiento (4) se guía un hilo de refuerzo (8) en un ángulo de entrada respecto al eje longitudinal (10) del anillo de posicionamiento (4), desde radialmente fuera hacia radialmente dentro
- -
- los hilos de refuerzo (8) se colocan sobre la superficie (20) radialmente interior del elemento de desviación (12) y son desviados por el elemento de desviación (12) desde el ángulo de entrada con un recorrido sustancialmente axial, siendo solicitados los hilos de refuerzo (8) permanentemente a tracción,
- -
- y además, por que se realizan los siguientes pasos de procedimiento: en una primera estación de elaboración (36), en un mandril (32) rotacionalmente simétrico se aplica una primera capa de un material polímero
- -
- el mandril (32) revestido de la primera capa es guiado, partiendo del orificio de entrada (16) del elemento de desviación (12), concéntricamente por el orificio de salida (18) del elemento de desviación (12), de tal forma que los hilos de refuerzo situados en la superficie (20) radialmente interior del elemento de desviación (12) se depositen con separaciones equidistantes en la superficie radialmente exterior de la primera capa
- -
- el mandril (32) revestido de la primera capa se alimenta a al menos una estación de elaboración (44) adicional, en la que sobre la primera capa se aplica otra capa de material polímero.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la primera capa es provista, en su
superficie radialmente exterior, antes de la deposición de los hilos
de refuerzo (8) en la misma, con una capa adherente, por ejemplo en
forma de una solución de caucho.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque el anillo de
posicionamiento (4) y el elemento de desviación (6) rotan a la misma
velocidad angular alrededor de su eje longitudinal (10), de tal
forma que los hilos de refuerzo (8) se depositen en forma de espiral
en la superficie radialmente exterior de la primera capa.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la primera capa,
en su superficie radialmente exterior, después de la deposición de
los hilos de refuerzo (8) en la misma, se cubre con una capa
intermedia en una estación de elaboración (40), y sobre esta capa
intermedia, mediante otro dispositivo de desviación (12) según una
de las reivindicaciones 1 a 3 se depositan otros hilos de refuerzo
(8) de la siguiente manera:
- -
- por cada agujero (6) del anillo de posicionamiento (4) del dispositivo (2) adicional se guía un hilo de refuerzo en un ángulo de entrada respecto al eje longitudinal del anillo de posicionamiento (4), desde radialmente fuera hacia radialmente dentro
- -
- los hilos de refuerzo (8) se colocan sobre la superficie (20) radialmente interior del elemento de desviación (12) del dispositivo (2) adicional y son desviados por el elemento de desviación (12) desde el ángulo de entrada con un recorrido sustancialmente axial, siendo solicitados los hilos de refuerzo (8) permanentemente a tracción,
- -
- el mandril (32) revestido de la primera capa y de la capa intermedia es guiado, partiendo del orificio de entrada (16) del elemento de desviación (12), concéntricamente por la superficie de salida (18) del elemento de desviación (12), de tal forma que los hilos de refuerzo (8) situados en la superficie (20) radialmente interior del elemento de desviación (12) se depositen con separaciones equidistantes en la superficie radialmente exterior de la capa intermedia.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el anillo de posicionamiento (4) y el
elemento de desviación (12) del primer dispositivo (2a) y del
segundo dispositivo (2b) rotan alrededor de su eje longitudinal (10)
a una velocidad angular, de tal forma que los hilos de refuerzo (8)
queden depositados de forma helicoidal en la superficie radialmente
exterior de la primera capa o de la capa intermedia, siendo el
sentido de giro del anillo de posicionamiento (4) y del elemento de
desviación (12) del segundo dispositivo (2b) contrario al sentido de
giro del anillo de posicionamiento (4) y del elemento de desviación
(12) del primer dispositivo (2a), y coincidiendo preferentemente las
velocidades angulares a las que rotan los dos dispositivos (2a,
2b).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el radio del
mandril (32) corresponde en mayor medida al radio del orificio de
salida (18) del primer dispositivo de desviación (12) o del segundo
dispositivo de desviación (12), si éste existe.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque sobre cada hilo
de fuerzo (8) actúa una solicitación a tracción que oscila entre 0,5
Nm y 5 Nm.
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