ES2208080B1 - Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricacion. - Google Patents
Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricacion.Info
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Abstract
Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricación. Formada, al menos, por: - Una capa interna (2) de material plástico de gran espesor, que incluye en su composición un plastificante de alta elasticidad. - Una armadura de refuerzo en forma de malla tricotada (3); de tal forma dispuesta que sufra una torsión al presurizar la manguera (1). - Una capa externa (5), de las mismas características que la capa interna (2). El enfriamiento de la capa interna (2) y de la capa externa (5) se realiza de forma lenta y controlada en una cámara de enfriamiento (12), donde la manguera (1) sufre una trayectoria multivuelta guiada por poleas de reenvío (18), mientras recibe un líquido refrigerante desde pulverizadores (20). Al presurizar la manguera, se produce una considerable torsión de la malla tricotada (3), que es finalmente detenida por el par antagonista provocado por las capas de material plástico (2) (5), de elevada elasticidad. La manguera así realizada es muy dúctil, estando libre denudos y estrangulamientos.
Description
Manguera con memoria de retorno y procedimiento
de fabricación.
La presente invención se refiere a un nuevo tipo
de manguera flexible, muy elástica, con memoria de retorno, que
después de una deformación recupera su estado original al
instante.
Se conocen numerosos tipos diferenciados de
mangueras que tienen por objeto el adaptar sus pres-
taciones a las distintas utilizaciones de las mismas. Así, en algunas se favorece la exactitud de dimensiones y la ausencia de defectos superficiales, en otras su flexibilidad, en otras su resistencia a la presión, en otras finalmente, la ausencia de nudos y estrangulamientos.
taciones a las distintas utilizaciones de las mismas. Así, en algunas se favorece la exactitud de dimensiones y la ausencia de defectos superficiales, en otras su flexibilidad, en otras su resistencia a la presión, en otras finalmente, la ausencia de nudos y estrangulamientos.
El documento de Patente español ES 2 009 973
describe un dispositivo de enfriamiento de mangueras constituido
por una cámara cerrada, provista de obturadores en los puntos de
entrada y salida de la manguera, en el interior de la cual se hace
circular un fluido criogénico frío, ventajosamente nitrógeno
gaseoso, con objeto de enfriar rápidamente la manguera en curso de
extrusión. El dispositivo permite trabajar con velocidades de
extrusión superiores a las obtenidas utilizando baños de agua como
elemento refrigerante, a la vez que se suprimen los inconvenientes
que suponen las cámaras de enfriamiento que utilizan nitrógeno
líquido (formación de hielo). De esta forma se consigue un
enfriamiento rápido de la manguera en curso de extrusión, lo que
permite que la capa inicialmente depositada ya esté endurecida al
procederse a la colocación sobre la misma de las armaduras de
protección, evitando deformaciones y defectos, y consiguiendo una
excelente estabilidad dimensional del producto acabado.
Desgraciadamente, un tal procedimiento de fabricación hace que se
pierda elasticidad, con lo que la manguera, de excelente aspecto,
resulta frágil y poco dúctil al uso.
En lo que se refiere a la ausencia de nudos y
estrangulamientos en mangueras de elevada resistencia a la presión,
es conocida la solución de disponer una armadura de refuerzo
constituida por dos filamentos que se arrollan en hélice, en
sentidos contrarios, sobre la capa interior. Si el ángulo de ambas
hélices respecto al eje longitudinal de la manguera es igual,
resulta un refuerzo simétrico que no da lugar a efectos de torsión
cuando se presuriza la manguera. Esto facilita la no aparición de
nudos o estrangulamientos. Sin embargo, una tal solución produce
una manguera muy poco flexible debido a la continuidad del
filamento, que sigue una dirección constante entre los extremos de
la manguera. En consecuencia, ésta es difícil de doblar, resultando
un manejo y almacenamiento incómodo de la misma.
Se conocen, asimismo, mangueras en las que se
utilizan como armaduras de refuerzo mallas tricotadas cuyos cambios
de dirección en los bucles ofrecen la flexibilidad deseada, pero
que presentan al ser presurizadas una torsión que puede ser causa
de nudos y estrangulamientos.
Para resolver el problema anterior, el documento
de patente WO 97/41719 describe una manguera caracterizada por
utilizar como armadura de refuerzo una malla tricotada, de tal
forma dispuesta que se compensan los esfuerzos que aparecen en la
misma durante la presurización de la manguera. Así, sobre ésta, no
aparece efecto de torsión alguno, lo que, en principio, reduce la
probabilidad de formación de nudos y estrangulamientos. Sin embargo,
se ha comprobado que una tal solución da lugar a la aparición de
vibraciones cuando se presuriza la manguera. Esto es debido a que,
presentándose un equilibrio de fuerzas, éste es básicamente
inestable, amplificándose las pequeñas oscilaciones de torsión de
la manguera a uno y otro lado de la posición de equilibrio. La
razón última de este comportamiento está en las elevadas fuerzas
diferenciales que tratan de llevar la manguera hasta su posición de
equilibrio.
Pues bien, sorprendentemente, se ha comprobado
que, si bien la ausencia de torsión puede constituir un factor
relevante que conduzca a una manguera libre de nudos y
estrangulamientos, no constituye en absoluto la única vía para
obtener un tal resultado. Por el contrario, la firma solicitante,
después de múltiples ensayos, ha comprobado que es igualmente
efectivo el contrarrestar la tendencia a la torsión que provoca la
armadura de refuerzo, una vez presurizada, mediante un par
antagonista suministrado por las capas de material plástico de la
manguera siempre que estas presenten una elevada elasticidad. Es
decir, se asume que la manguera sufrirá una torsión de varias
vueltas al ser presurizada, pero se controla esta torsión mediante
una formulación especial del plástico que constituye las diferentes
capas de la misma, de tal forma que éstas generen, de forma suave y
progresiva, el par antitorsión necesario para definir un punto de
equilibrio correspondiente a un ángulo de torsión considerable. Para
conseguir esto último se ha comprobado que era imprescindible
aumentar sensiblemente los espesores de pared, a la vez que se
introducía en su composición un lastificante especial en elevadas
proporciones. Finalmente, para mantener en el tiempo la elevada
elasticidad conseguida, es preciso un enfriamiento muy lento y
controlado, lo que ha hecho preciso el desarrollo de una nueva
cámara de enfriamiento, de tipo multivueltas, que permite aumentar
considerablemente el tiempo de permanencia en la misma de la
manguera en curso de extrusión, a pesar de trabajarse con una
velocidad lineal relativamente alta que garantice una fabricación
económica.
El principio que se acaba de describir puede
llevarse a cabo mediante la realización de una manguera que
comprenda, al menos:
- -
- Una capa interior de material plástico, de gran espesor, que incluya un plastificante de alta elasticidad.
- -
- Una armadura de refuerzo, en forma de malla tricotada, de tal forma dispuestas las filas y las líneas que se provoque un efecto de torsión al presurizar la manguera.
- -
- Una capa exterior de material plástico de las mismas características que la capa interior.
Las ventajas de la manguera objeto de la
invención son numerosas, en concreto:
Después de una deformación obligada, como un
doblado, vuelve a su estado inicial.
Estas mangueras tienen, a temperaturas normales
de servicio, mayor elasticidad y resistencia a la tracción que las
convencionales.
Con la lanza cerrada y grifo abierto (presión
constante) las mangueras presentan en un primer momento un giro o
torsión sobre su eje longitudinal sin formación de nudos ni
estrangulamientos, para luego no tener tensiones, que harían el
riego incontrolable.
No es preciso estar pendiente de dominar la
manguera en el momento del riego, teniendo total control sobre la
misma.
Gracias al fácil manejo que ofrecen estas
mangueras de alta elasticidad con refuerzo tricotado sometido a
torsión, se controla el riego hacia el objetivo propuesto, evitando
que la manguera se levante y/o se desvíe de la trayectoria.
Resistente y flexible a muy bajas temperaturas,
hasta -30°C.
Ausencia de sensaciones desagradables de
vibración o rebeldía, evitando tensiones que obligarían a hacer
esfuerzos inútiles. Su utilización resulta muy cómoda, evitando las
tensiones que aparecen en las mangueras en las que la armadura de
refuerzo contrarresta la torsión por sí misma, y que conducen a una
fatiga física y psíquica sobre el organismo.
Para complementar la descripción que antecede y
con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características
de la invención, se va a realizar una descripción detallada de una
realización preferida, en base a un juego de dibujos que se
acompañan a esta memoria descriptiva y en donde, con carácter
meramente orientativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1 muestra, esquemáticamente, la
disposición de los elementos básicos para la realización de la
manguera objeto de la invención.
La figura 2 muestra una sección longitudinal de
la cámara de enfriamiento lento y controlado de las capas de
material plástico de la manguera tras la extrusión de las
mismas.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva del
tren de rodillos de calibración de la capa extruida.
La figura 4 muestra un detalle de los
pulverizadores utilizados en la cámara de enfriamiento.
La figura 5 muestra un detalle de la disposición
de la malla tricotada utilizada como armadura de refuerzo
generadora de torsión.
La figura 6 muestra una vista en perspectiva
esquemática de la disposición de los distintos elementos que
constituyen la estructura interna de la manguera de la
invención.
En dichas figuras, las referencias numéricas
corresponden a las siguientes partes y elementos:
- 1.
- Manguera
- 2.
- Capa interna
- 3.
- Malla tricotada
- 4.
- Película adherente
- 5.
- Capa exterior
- 6.
- Tolva
- 7.
- Motorreductora
- 8.
- Husillo
- 9.
- Camisa
- 10.
- Resistencia
- 11.
- Cabezal
- 12.
- Cámara de enfriamiento
- 13.
- Circuito de refrigeración
- 14.
- Rodillos de calibración
- 15.
- Primer juego rodillos
- 16.
- Último juego rodillos
- 17.
- Cambio de dirección
- 18.
- Poleas de reenvío
- 19.
- Rodillos soporte
- 20.
- Pulverizadores
- 21.
- Cuerpo roscado
- 22.
- Cuerpo rectangular
- 23.
- Deflector
- 24.
- Orificio de pulverización
- 25.
- Pulverización
- 26.
- Par de torsión generado por la malla tricotada
- 27.
- Manguera convencional
- 28.
- Equilibrio convencional
- 29.
- Manguera según la invención
- 30.
- Equilibrio según la invención
- 31.
- Desviación de la posición de equilibrio
- 32.
- Par de recentrado
Como puede apreciarse en la figura 6, la manguera
(1) de la invención presenta una capa interna (2) sobre la que se
deposita la malla tricotada (3), con interposición de una película
adherente (4), que es a su vez recubierta con una capa externa (5).
En una realización preferente, la malla tricotada (3) es del tipo
conocido como cadeneta y cordoncillo, tal como se muestra en el
detalle de la figura 5, disponiéndose la cadeneta (doble hilo)
paralela al eje longitudinal de la manguera, y el cordoncillo
(simple hilo) con una cierta inclinación. Esta disposición
introduce un desequilibrio de fuerzas en el momento de la
presurización de la manguera, provocando una torsión de la misma
hasta un punto en el que el par de torsión (26) es igualado por la
elasticidad de las capas interna (2) y externa (5) de la manguera.
Ver figura 7.
Para la fabricación, tanto de la capa interna (2)
como de la capa externa (5), se utiliza la siguiente
formulación:
- \bullet
- Resina de PVC de primera calidad, virgen y de máxima flexibilidad.
- \bullet
- Estabilizante térmico, ligero y atóxico, tipo calcio zinc líquido, en aceite de soja epoxidado.
- \bullet
- Plastificante elástico, flexible, de baja densidad del tipo DOA (adipato de di-2-etil hexilo) de la familia química Ester de Adipato en proporción del 25%.
- \bullet
- Plastificante convencional de la familia Éster de Ftlato en proporción del 15%.
- \bullet
- Colorantes exentos de cadmio y metales pesados.
En cuanto a los espesores de pared, estos son
considerablemente más gruesos que los de las mangueras
convencionales; alcanzándose los 2,8 mm para manguera de 1/2
pulgada, 3 mm para manguera de 5/8 pulgadas, 3,5 mm para manguera
de 3/4 de pulgada, 4 mm para manguera de 1 pulgada y 4,5 mm para
manguera de 1 ¼ pulgada. Los elevados espesores de pared unido a su
composición dan más cuerpo a las mangueras y les confieren una
mayor resistencia a la deformación, siendo también más efectivo el
efecto muelle de retorno al estado inicial después de una
deformación provocada, y más suave y progresiva la detención de la
torsión provocada por la malla tricotada (3) al presurizarse la
manguera.
En lo que se refiere a la fabricación de la
manguera objeto de la invención el procedimiento utilizado
comprende, en una realización preferente, las siguientes
etapas.
- a)
- Extrusión capa interior
- b)
- Calibración
- c)
- Enfriamiento
- d)
- Secado y adhesivado
- e)
- Mallado
- f)
- Extrusión capa exterior
- g)
- Marcado y estirado
Analicemos en detalle las distintas etapas.
La extrusión se realiza de forma convencional,
por medio de un dispositivo del tipo camisa (9) y husillo (8), de
longitud igual a 22 veces el diámetro.
El material se introduce en la cavidad existente
entre el husillo (8) y la camisa (9) a través de una tolva (6). El
husillo (8) se hace girar a 35 r.p.m. mediante una motorreductora
(7), lo que equivale a una producción lineal de manguera de 4 a 6
metros por minuto, según diámetros, sensiblemente más bajo que la
producción de mangueras convencionales.
La camisa (9) se calienta a temperaturas que
oscilan entre 130°C y 170°C mediante una resistencia (10),
produciéndose la conformación de la capa en el cabezal (11)
mediante el procedimiento de macho e hilera, en si mismo conocido.
La temperatura en el cabezal (11) debe oscilar entre límites más
estrechos, y preferiblemente no será inferior a 140°C ni superior a
160°C.
Mediante un conjunto de rodillos de calibración
(14), de diseño y fabricación propias, dispuestos tras el cabezal
(11), en una primera zona de la cámara de enfriamiento (12).
Se trata de diez rodillos de sección
semicircular, dispuestos en línea formando juegos de dos,
superpuestos entre ellos, de tal forma que entre ambos configuren
un hueco sensiblemente circular. El diámetro aparente de este hueco
es ligeramente decreciente, en un 6%, entre la entrada al primer
juego de rodillos (15) y la salida del último juego de rodillos
(16). Ventajosamente, los rodillos se realizan en teflón, dado su
bajo coeficiente de rozamiento y dilatación.
Con este sistema se consigue una total
concentricidad y redondez de la capa plástica, lo cual será de gran
importancia para el perfecto resultado de la manguera objeto de la
invención, siendo imprescindible que la superficie carezca de
puntos débiles con objeto de que en el momento de una deformación
provocada no se afecte el efecto de retorno y en consecuencia a la
elevada elasticidad de la manguera.
Se realiza en una cámara de enfriamiento (12)
especialmente diseñada y realizada en acero inoxidable, recorrida
por un circuito de refrigeración (13). La temperatura del agua
utilizada como refrigerante se mantiene entre 10 y 12°C.
El circuito de refrigeración (13) está compuesto
por una pluralidad de tubos de PVC rígido, dispuestos
longitudinalmente en el interior de la cámara de enfriamiento (12)
y a los que se conectan una serie de pulverizadores (20). Estos
comprenden un cuerpo roscado (21) para su fijación al circuito de
refrigeración (13) prolongándose en el exterior del mismo en un
cuerpo rectangular (22) (que permite el apretado con llave) que
termina en un deflector (23) en forma de sombrerete. Un orificio de
pulverización (24) atraviesa tanto el cuerpo rectangular (22) como
el cuerpo roscado (21), poniendo en comunicación el circuito de
refrigeración (13) con el interior de la cámara de enfriamiento
(12), provocando una pulverización (25) del líquido refrigerante
sobre la manguera en curso de fabricación.
Con objeto de conseguir un enfriamiento
progresivo, los pulverizadores (20) se agrupan en tres zonas
diferenciadas.
- \bullet
- Zona A de Calibración; con 8 pulverizadores (4 a cada lado del circuito de refrigeración), con un diámetro del orificio de pulverización de 1,25 mm suministrando un caudal unitario de 35 l/h para un consumo total de 280 l/h.
- \bullet
- Zona B de enfriamiento progresivo; en correspondencia con la disposición multivueltas con 8 pulverizadores (20) de un diámetro del orificio de pulverización (24) de 2 mm para un caudal unitario de 70 l/h y un consumo total de 560 l/h.
- \bullet
- Zona C o de enfriamiento final; con 8 pulverizadores (20) de un diámetro del orificio de pulverización (24) de 2,9 mm para un caudal unitario de 140 l/h y un consumo total de 1.120 l/h.
En correspondencia con la zonificación de los
pulverizadores (20) la manguera recorre una trayectoria que la
lleva a atravesar primeramente la zona A de los rodillos de
calibración (14) de forma sensiblemente rectilínea, trayectoria que
abandona a partir de unas poleas de cambio de dirección (17),
entrando en la zona B de enfriamiento progresivo donde realiza una
serie de recorridos multivueltas guiada por poleas de reenvío (18),
para finalmente retomar una trayectoria rectilínea apoyada en
rodillos soporte (19) al atravesar la zona C de enfriamiento
final.
Mediante turbina e impregnación de la película
adherente (4) para la ulterior colocación de las siguientes capas.
No se describe en detalle ni se representa, ya que se trata de una
operación convencional, sobradamente conocida por el experto en la
materia.
Colocación de la armadura de refuerzo a la
presión y generadora del efecto de torsión. Ventajosamente se
realizará con una malla tricotada (3) del tipo de cordoncillo y
cadeneta, tal como se representa en la figura 6, utilizando una
máquina tricotadora RHV, de 14 agujas y 8 bobinas, de la firma HARRY
LUCAS (Alemania). La cadeneta (hilo doble) se dispone en sentido
longitudinal, paralela al eje de la manguera, mientras que el
cordoncillo (hilo simple) se dispone con un cierto ángulo. Esta
disposición ofrece una elevada flexibilidad (capacidad de flexión)
en sentido longitudinal, a la vez que provoca un cierto par de
torsión al presurizar la manguera. Obsérvese en la figura 5 que,
aunque se trata de varios hilos continuos que se entrecruzan entre
ellos, la malla tricotada (3) presenta aparentemente el aspecto de
una pluralidad de figuras rómbicas en disposición oblicua según una
alineación longitudinal, alternadas con figuras trapeciales más
estrellas en alineación longitudinal, siendo ambos tipos de figuras
de igual longitud, mientras que la anchura de las figuras rómbicas
es superior a dos veces la anchura media de las figuras
trapeciales.
El tipo de malla tricotada (3) utilizado se ha
elegido en razón de que puede realizarse con las máquinas, ya
citadas, disponibles en las instalaciones del solicitante. Este
tipo de máquinas, muy poco flexibles, son construidas por
fabricantes especializados. Es evidente que la invención podrá ser
realizada utilizando otros tipos de mallas tricotadas, siempre que
los hilos que las constituyen se dispongan de tal forma que
produzcan un par de torsión y, obviamente, se disponga de las
máquinas específicas para la colocación de la malla sobre la capa
de película adherente (4) a la salida de la cámara de enfriamiento
(12).
La capa externa (5) se extruye sobre la malla
tricotada (3) con el mismo proceso utilizado en la etapa a).
Consistente en el marcado sobre la capa externa
(5) de la manguera de su denominación, mediante marcadora de chorro
de tinta, y posterior estiraje con el carro de arrastre sistema
oruga; operaciones convencionales que serán sobradamente conocidas
por el experto en la materia.
En el contexto del presente documento se ha
utilizado el término dúctil en el sentido de maleable,
acomodaticio, de blanda condición. Para nosotros, una manguera
dúctil es una manguera que responde suavemente a cualquier
desviación de su posición de equilibrio. Para ilustrar este
concepto, se ha representado en la figura 7 la característica par
elástico / ángulo de torsión de una manguera convencional (27) y de
una manguera según la invención (29). El par de torsión (26)
generado por la malla tricotada (3) al ser presurizada determinará
un punto de equilibrio convencional (28) y un punto de equilibrio
según la invención (30) en cada una de las mangueras. Obsérvese que
para una misma desviación (31) de la posición de equilibrio, la
reacción que constituye el par de recentrado (32) es
considerablemente menor (aproximadamente 6 veces) en la manguera
según la invención (29) que en una manguera convencional (27). En
ambos casos, la gran flexibilidad longitudinal de la manguera viene
garantizada por la especial disposición de la malla tricotada (3)
que se ilustra en la figura 5 pero en la manguera convencional (27)
la vuelta a la posición de equilibrio se produce de manera
considerablemente mas brusca y menos elástica.
Serán evidentes una serie de alternativas y
variantes, en función de la maquinaria de producción disponible,
que permitirán en todo caso la realización de la manguera objeto de
la invención de acuerdo con los principios propuestos que
solucionan el problema planteado.
Claims (5)
1. Manguera con memoria de retorno, de elevada
ductibilidad y resistencia a la presión, caracterizada por
comprender
- -
- una capa interna (2), de material plástico de gran espesor, que incluye en su composición un plastificante de alta elasticidad,
- -
- una armadura de refuerzo, en forma de malla tricotada (3), de tal forma dispuesta que las filas y líneas que forma su filamento provoquen un esfuerzo de torsión al presurizar la manguera (1)
- -
- una capa externa (5), de las mismas características que la capa interna (2).
2. Manguera con memoria de retorno, de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizada por que la malla
tricotada (3) se dispone sobre una película adherente (4) que
recubre la capa interna (2).
3. Manguera con memoria de retorno, de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizada por que tanto la capa
interna (2) como la capa externa (5) se realizan en un material
plástico cuya composición comprende
- -
- resina de PVC,
- -
- estabilizante térmico del tipo calcio zinc líquido, en aceite de soja epoxidado,
- -
- plastificante elástico, de baja densidad tipo DOA (adipato de di-2-etil-exilo) de la familia química Éster de Adipato en proporción aproximada del 25% en peso,
- -
- plastificante convencional de la familia Éster de Ftalato en proporción aproximada del 15% en peso.
4. Manguera con memoria de retorno, de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizada por que la malla
tricotada (3) es del tipo de cadeneta y cordoncillo, con la
cadeneta dispuesta en sentido longitudinal, paralela al eje de la
manguera, y el cordoncillo inclinado respecto al eje de la
manguera.
5. Procedimiento de fabricación de una manguera
con memoria de retorno, tal como la descrita en las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por comprender las
etapas de
- a)
- extrusión de la capa interna (2),
- b)
- calibración del diámetro, en un tren de rodillos de calibración (14) de diámetro aparente decreciente,
- c)
- enfriamiento lento y progresivo en cámara de enfriamiento (12), multivueltas,
- d)
- secado, y deposito de la película adherente (4),
- e)
- mallado con malla tricotada (3),
- f)
- extrusión de la capa externa (5),
- g)
- marcado y estirado.
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---|---|---|---|
ES200201155A ES2208080B1 (es) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricacion. |
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Publication Number | Publication Date |
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ES2208080A1 ES2208080A1 (es) | 2004-06-01 |
ES2208080B1 true ES2208080B1 (es) | 2005-03-01 |
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2002
- 2002-05-21 ES ES200201155A patent/ES2208080B1/es not_active Expired - Fee Related
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