ES2208080B1 - Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricacion. - Google Patents

Manguera con memoria de retorno y procedimiento de fabricacion.

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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.
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:
- Memoria de retorno
Después de una deformación obligada, como un doblado, vuelve a su estado inicial.
- Elasticidad
Estas mangueras tienen, a temperaturas normales de servicio, mayor elasticidad y resistencia a la tracción que las convencionales.
- No forman nudos ni estrangulamientos
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.
- Autocontrol de riego
No es preciso estar pendiente de dominar la manguera en el momento del riego, teniendo total control sobre la misma.
- Fácil manejo y ductibilidad
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.
- Antifrío
Resistente y flexible a muy bajas temperaturas, hasta -30°C.
- Sin tensiones
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.
1. Extrusión capa interior (Ver figura 1)
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.
2. Calibración
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.
3. Enfriamiento (Ver figura 2)
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.
4. Secado y adhesivado
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.
5. Mallado
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).
6. Extrusión capa exterior
La capa externa (5) se extruye sobre la malla tricotada (3) con el mismo proceso utilizado en la etapa a).
7. Marcado y estirado
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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