ES2309081T3 - Metodo y aparato que emplea servomotores para situar partes sobre una banda en movimiento. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (20) para recibir partes (30) que se desplazan a una primera velocidad a través de una zona receptora y aplicar las partes a un transportador (80) que se desplaza a una segunda velocidad a través de una zona aplicadora (23), comprendiendo el aparato: al menos dos motores (64A, 64B) programables independientes; y al menos dos dispositivos transferentes (50A, 50B) para recibir las partes en la zona receptora (21) y aplicar las partes en la zona aplicadora, estando al menos uno de los dispositivos transferentes acoplado a cada uno de los motores programables para mover los dispositivos transferentes en una trayectoria orbital, caracterizado porque los motores (64A, 64B) programables y los dispositivos transferentes (50A, 50B) están alineados con respecto a un eje común, y en donde los motores programables mantienen los dispositivos transferentes a primeras velocidades superficiales en la zona receptora (21) cuando los dispositivos transferentes cogen las partes (30) y mantienen los dispositivos transferentes a segundas velocidades superficiales en la zona aplicadora (23) cuando los dispositivos transferentes aplican las partes al transportador.
Description
Método y aparato que emplea servomotores para
situar partes sobre una banda en movimiento.
La presente invención se refiere a un método y a
un aparato para recibir partes diferenciadas que se desplazan a una
velocidad y aplicar las partes a una banda o a otro transportador
que se desplaza a una velocidad diferente.
\vskip1.000000\baselineskip
Los artículos absorbentes desechables, tales
como los pañales desechables, generalmente han sido fabricados
mediante un proceso en el que partes diferenciadas o componentes de
diferentes materiales, tales como elástico para la pierna, elástico
para la cintura, cintas y otro fijadores, se aplican a una banda
transportadora en continuo movimiento. A menudo, la velocidad a la
que las partes son alimentadas desde un lugar en el proceso sobre
una banda transportadora es diferente a la velocidad de la banda
transportadora, por tanto, la velocidad de las partes debe ser
modificada para ajustarla a la velocidad de la banda transportadora
de manera que se puedan aplicar adecuadamente las partes sin que
ello afecte negativamente al proceso o al producto acabado.
De forma similar, las etiquetas se colocan de
forma típica sobre los artículos cuando la velocidad a la que se
alimentan las etiquetas al proceso no es la misma que la velocidad
del artículo que debe ser etiquetado. Por consiguiente, la
velocidad de las etiquetas debe ser modificada para ajustarla a la
velocidad de la banda transportadora y poder aplicar adecuadamente
las partes sin afectar con ello negativamente al proceso o al
producto acabado.
El experto en la técnica conoce diferentes
métodos convencionales para cambiar la velocidad de una parte o
componente de material de manera que este pueda ser aplicado a una
banda transportadora en continuo movimiento.
Por ejemplo, un método conocido es el método de
deslizamiento y corte o corte y deslizamiento. Una banda de
material, que se desplaza a una velocidad más lenta que la banda
transportadora, es alimentada a un cuchillo y rodillo de yunque que
tiene una velocidad superficial igual a la velocidad de la banda
transportadora. El material se desliza contra la superficie del
rodillo de yunque hasta que el cuchillo lo corta en piezas
diferenciadas. La finalidad del deslizamiento es garantizar que se
mide una cantidad correcta de material en el sistema a la tensión
deseada antes de cortarlo. Cuando el material es cortado en las
partes diferenciadas, se activa el vacío en el rodillo de yunque
para sujetar la parte diferenciada en el yunque sin que se deslice,
de manera que la parte diferenciada es acelerada a la velocidad del
rodillo de yunque. A continuación el rodillo de yunque lleva la
parte hasta el punto donde el vacío es liberado y las partes se
aplican a la banda transportadora desplazándose las partes y la
banda transportadora a la misma velocidad. El problema con el método
anterior es que el proceso de deslizamiento es muy sensible a las
propiedades del material y los parámetros del proceso. Por ejemplo,
cuando el coeficiente de fricción entre el material y el rodillo de
yunque es demasiado elevado, el material se alargará durante el
proceso de deslizamiento. Esta elongación, si se produce, puede
aumentar la elevada variabilidad de la longitud del corte final y
de la colocación de la parte diferenciada en la banda
transportadora.
Otro método utiliza guirnaldas para reducir la
velocidad de la banda transportadora y ajustarla a la velocidad de
las partes diferenciadas de material que deben ser aplicadas a la
banda. Un ejemplo de este método se describe en
US-5.693.195, concedida a Schmitz. La banda
transportadora es temporalmente ralentizada a la velocidad de las
partes, estando la parte sobrante de la banda transportadora
recogida en guirnaldas. Las partes de material son después
aplicadas a la banda transportadora mientras las partes y la banda
se desplazan a la misma velocidad. Las guirnaldas son después
liberadas permitiendo que la banda en movimiento recupere su
velocidad original. Este método tiene dos principales
inconvenientes. El primero es que la banda transportadora debe ser
colocada en guirnalda y después liberada y esto puede dañar o
modificar las propiedades de la banda transportadora. El segundo es
que en los sistemas de producción de artículos desechables típicos
el sistema de almacenamiento requiere una gran cantidad de espacio
porque existe una relación directa entre la velocidad de la línea y
el espacio de almacenamiento necesario.
En otro método se utiliza un brazo empujador
accionado por leva. El empujador accionado por leva comprende un
empujador de leva en un extremo del brazo y una placa de soporte en
el otro extremo del brazo. El empujador de leva permanece en
contacto con una leva fija que está acoplada de forma concéntrica al
centro de rotación instantáneo de la placa de soporte. A medida que
gira la placa de soporte, se aumenta y reduce su distancia radial
desde el centro de rotación para cambiar la velocidad superficial de
la placa de soporte. Las partes diferenciadas de material se
colocan sobre la placa de soporte cuando está en su radio más
pequeño de manera que las velocidades coincidan. Durante la
rotación la placa de soporte se extiende en una medida suficiente
en sentido radial como para ajustar la velocidad de las placas a la
velocidad de la banda transportadora. En este punto las partes
diferenciadas son transferidas a la banda transportadora. Este
método tiene dos principales inconvenientes: En primer lugar, la
placa está diseñada para coincidir con la curvatura de un radio y no
con la de ambos. Esto significa que la recogida de la parte
diferenciada o la transferencia de la parte diferenciada, o ambas,
se producirá a lo largo de un espacio durante cierta parte de la
transferencia. Esto puede conducir a la pérdida de control de la
parte diferenciada, lo que afecta al manejo de partes sometidas a
tensión tales como elásticos para la pierna. En segundo lugar, para
conseguir el cambio de velocidad deseado, los elementos mecánicos
de forma típica utilizados, tales como levas o uniones, aumentan
bastante como para mantenerse dentro de límites de diseño
aceptables para aceleraciones y ángulos de elevación. Este tamaño da
lugar a un mayor coste y a una menor flexibilidad, dado que la
unidad debe ser rediseñada para cada aplicación.
En otro método se han utilizado engranajes no
circulares para cambiar la velocidad de un dispositivo transferente.
El medio gira a un radio constante, pero la velocidad de rotación
se varía entre un mínimo y un máximo para agarrar la parte
diferenciada a su velocidad y colocar la parte sobre la banda
transportadora a su velocidad. Esto evita los problemas de tamaño y
los problemas de desacoplamiento de velocidad o espacio, pero se
basa en medios mecánicos para conseguir el cambio de velocidad de
rotación. El inconveniente de esto es que se necesitan nuevas
piezas de transmisión (engranajes u otros medios) cada vez que se
produce un cambio de diseño de producto que modifica la longitud de
paso, la longitud de la parte diferenciada, u otros factores clave.
Esto puede resultar caro y lento de cambiar. Un ejemplo de este
método se describe en US- 6.022.443, concedida a Rajala y
Makovec.
En US-5.766.406, concedida a
Bahn y col., se describe un aparato para trabajar con material
laminado.
Como respuesta a las dificultades discutidas y
los problema encontrados en el estado de la técnica se ha
descubierto un nuevo método y aparato para recibir partes
diferenciadas que se desplazan a una velocidad, cambiar la velocidad
de las partes para que se ajuste a la velocidad de una banda o
cuerpo transportador y aplicar las partes al transportador.
En un aspecto, la presente invención se refiere
a un aparato para recibir partes diferenciadas que se desplazan a
una primera velocidad y aplicar la parte a un transportador que se
desplaza a una segunda velocidad. El aparato comprende al menos dos
dispositivos transferentes (girables) y un mecanismo accionador para
cada dispositivo transferente. Cada dispositivo transferente
girable comprende al menos un segmento cilíndrico configurado para
moverse a lo largo de una trayectoria orbital por una zona receptora
donde las partes son recibidas y una zona aplicadora donde las
partes son aplicadas al transportador. El transportador puede
comprender una banda de sustrato en continuo movimiento, o puede
ser otro aparato tal como un tambor. El mecanismo accionador
utiliza un motor programable tal como un servomotor para transmitir
energía de rotación al dispositivo transferente girable. El
mecanismo accionador puede transmitir energía de rotación al
dispositivo transferente girable a través de una unión directa o
una transmisión interpuesta entre ellos. La transmisión puede
incluir el engranaje a un contacto de engranaje o a cajas de
cambios.
En otro aspecto, la presente invención se
refiere a un aparato para recibir partes diferenciadas de un
material elástico que se desplazan a una primera velocidad y
aplicar las partes a un transportador que se desplaza a una segunda
velocidad. Las partes del material elástico pueden estar ya a la
tensión y a la longitud de elongación deseadas cuando el aparato
las recibe. Por otro lado, las partes del material elástico pueden
estar a una tensión y a una longitud de elongación inferiores a las
deseadas cuando el borde anterior es transferido al aparato, pero
pueden ser estiradas durante la transferencia al aparato si el
aparato se desplaza a una velocidad más rápida que las partes
diferenciadas. De forma alternativa, las partes pueden tener una
tensión y una elongación superiores a las deseadas cuando el borde
anterior es transferido al aparato pero pueden relajarse al estado
deseado si el aparato se desplaza a una velocidad más lenta que las
partes diferenciadas. El cambio de tensión y elongación puede ser
realizado de forma uniforme a lo largo de toda la longitud de la
parte de material diferenciado o puede ser intencionadamente variado
durante la transferencia inicial cambiando la velocidad del medio
de transferencia girable.
En otro aspecto, el material alimentado al
dispositivo transferente puede comprender una banda continua que
pueden ser cortada en partes diferenciadas mientras está en el
dispositivo transferente utilizando un cuchillo, un alambre
caliente, un rayo láser u otro método habitualmente conocido. De
forma alternativa, el material alimentado al sistema puede ser roto
en partes diferenciadas mediante aceleración del dispositivo
transferente girable. Este proceso de ruptura puede ser mejorado
perforando el material en el punto de ruptura deseado antes de
llegar a la zona receptora.
En otro aspecto, puede aplicarse adhesivo u otro
material de unión en las partes diferenciadas mientras estas se
desplazan en el dispositivo transferente girable. La velocidad de
giro del dispositivo transferente puede ser controlada de forma
acoplada con un aplicador de material de unión de manera que el
material de unión pueda ser aplicado de forma intermitente o de
forma continua a medida que gira el dispositivo transferente
girable.
En otro aspecto, las partes diferenciadas de
material pueden ser modificadas antes de su colocación en el
transportador para mejorar el proceso de unión final. Esta
modificación puede realizarse mediante adición de calor, adición de
humedad u otro método conocido para modificar las propiedades del
material y mejorar el proceso de unión.
En otro aspecto, los motores programables del
aparato de la presente invención pueden estar dispuestos en una
serie en donde cada motor y cada dispositivo transferente acccionado
por cada motor está alineado con respecto a un eje de rotación
común para todos los motores y dispositivos transferentes.
En los métodos convencionales, tales como el
método de "corte y deslizamiento" descrito anteriormente, para
cambiar la velocidad de una parte diferenciada y que esta pueda ser
aplicada a un transportador, el uso de un motor programable permite
conseguir mayores cambios de velocidad, mantener velocidades
constantes durante un tiempo fijo y simplificar el proceso de
instalación cuando se cambia de un producto a otro. Por
consiguiente, el uso de motores programables puede proporcionar un
control de la longitud y de la colocación de la parte más preciso
sobre el transportador y al mismo tiempo ofrece gran flexibilidad en
el tipo de partes a realizar.
La presente invención será mejor comprendida y
otras ventajas resultarán evidentes a la luz de la siguiente
descripción detallada de la invención y de las Figuras que la
acompañan. las Figuras se incluyen únicamente a título
representativo y no deben considerarse como limitativas del ámbito
de las reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de un aparato fuera del ámbito de la presente
invención.
La Figura 2 ilustra de forma representativa una
vista lateral esquemática del aparato de la Figura 1.
La Figura 3 ilustra de forma representativa una
vista lateral esquemática de un aparato dispuesto en serie.
La Figura 4 ilustra de forma representativa una
vista en perspectiva de un aparato según la presente invención que
comprende dos dispositivos transferentes.
La Figura 5 ilustra de forma representativa una
vista en perspectiva del aparato mostrado en la Figura 4 que
incluye un dispositivo cortador.
La Figura 6 ilustra de forma representativa un
perfil de velocidad de una potencia del motor típica.
La Figura 7 ilustra de forma representativa un
perfil de velocidad alternativo para una potencia del motor en
donde una de las regiones de velocidad fija ha sido modificada a una
velocidad variable.
La Figura 8A ilustra de forma representativa un
perfil de velocidad alternativo para una potencia del motor en
donde el tiempo de elevación \beta ha sido reducido para obtener
un radio no óptimo sin cambiar la velocidad de rotación máximo o
mínima en el sistema.
La Figura 8B ilustra de forma representativa un
perfil de velocidad alternativo para una potencia del motor en
donde la velocidad de rotación máxima durante el período de
transición desde la zona receptora a la zona aplicadora supera la
velocidad de rotación media en la zona aplicadora para obtener un
radio no óptimo.
La Figura 8C ilustra de forma representativa un
perfil de velocidad alternativo para una potencia del motor en
donde la velocidad de rotación mínima durante el período de
transición desde la zona receptora a la zona aplicadora es inferior
a la velocidad de rotación media en la zona receptora para poder
obtener un radio no óptimo.
La Figura 9a ilustra de forma representativa una
vista en perspectiva de un aparato según la presente invención que
incluye un aplicador para realizar un proceso secundario en las
partes y dos dispositivos transferentes que comprenden múltiples
segmentos cilíndricos.
La Figura 9b es una vista lateral del aparato
mostrado en la Figura 9a.
La Figura 10 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de segmentos cilíndricos adyacentes según la
presente invención que tienen bordes anteriores y posteriores
ranurados que se entrelazan.
La Figura 11 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye una serie de motores alineados con un eje central común y en
donde cada uno de los motores tiene un árbol girable hueco.
La Figura 12 ilustra de forma representativa una
vista en planta de la realización mostrada en la Figura 11.
La Figura 13 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de la realización mostrada en las Figuras
11-12 junto con un dispositivo cortador visto desde
arriba.
La Figura 14 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de la realización mostrada en las Figuras
11-12 junto con un dispositivo cortador visto desde
abajo.
La Figura 15 ilustra de forma representativa una
vista lateral de la realización mostrada en las Figuras 13 y
14.
La Figura 16 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye una serie de motores alineados con un eje central común y en
donde cada motor tiene al menos un raíl fijo y un suplemento
móvil.
La Figura 17 ilustra de forma representativa una
vista en planta de la realización mostrada en la Figura 11.
La Figura 18 ilustra de forma representativa una
vista lateral de la realización mostrada en las Figuras 16 y
17.
\newpage
La Figura 19 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye una serie de motores alineados con un eje central común y en
donde cada motor tiene un estator interior fijo y un rotor exterior
girable.
La Figura 20 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye una serie de motores alineados con un eje central común y en
donde cada uno de los dispositivos transferentes recorre una
trayectoria orbital.
La Figura 21 ilustra de forma representativa una
vista en planta de la realización mostrada en la Figura 20.
La Figura 22 ilustra de forma representativa una
vista lateral de la realización mostrada en las Figuras 20 y
21.
La Figura 23 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de la realización mostrada en las Figuras
20-22 que incluye un dispositivo cortador visto
desde abajo.
La Figura 24 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de la realización mostrada en las Figuras
20-22 que incluye un dispositivo cortador visto
desde arriba.
La Figura 25 ilustra de forma representativa una
vista lateral de la realización mostrada en las Figuras
23-24.
La Figura 26 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye una serie de motores alineados con un eje central común y en
donde cada motor tiene al menos un raíl planetario fijo y un
suplemento móvil.
La Figura 27 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye un dispositivo estirador.
La Figura 28 ilustra de forma representativa una
vista isométrica de otra realización de la presente invención que
incluye un dispositivo rotatorio.
La presente invención proporciona un método y un
aparato para recibir partes diferenciadas que se desplazan a una
primera velocidad y aplicar dichas partes a un transportador que se
desplaza a una segunda velocidad. El aparato y el método son
especialmente útiles para aplicar cualquier parte a un transportador
útil para fabricar artículos absorbentes desechables o colocar
etiquetas sobre artículos. Es fácilmente evidente, sin embargo, que
el método y el aparato son adecuados para aplicar cualquier parte a
una banda de sustrato o a un transportador de partes.
En las Figuras 1 y 2 se muestra de forma
representativa un aspecto fuera del ámbito de la invención en donde
un aparato generalmente indicado como 20 recibe partes diferenciadas
30 que se desplazan a una primera velocidad en la dirección
indicada por la flecha 91 asociada con la misma y aplica las partes
30 a un transportador 80 que se desplaza a una segunda velocidad en
la dirección indicada por la flecha 92 asociada con la misma. El
ejemplo ilustrado del aparato 20, como se muestra de forma
representativa en las Figuras 1 y 2, también comprende un mecanismo
accionador 61 para transmitir energía de rotación a un mecanismo
accionado 71. El mecanismo accionador 61 incluye una unión al
mecanismo accionado utilizando cualquier técnica conocida por el
experto en la técnica tal como, por ejemplo, unión
engranaje-engranaje, correas y poleas de
transmisión, cajas de cambios, acoplamientos directos y similares o
cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, en la Figura 1 el
mecanismo accionador está unido a un engranaje accionador 62 que
transmite energía de rotación a un engranaje accionado 72 unido al
mecanismo accionado 71. Durante el uso, el engranaje accionador 62
encaja y gira el engranaje accionado 72 que, a su vez, gira el
dispositivo transferente 50.
El ejemplo ilustrado del dispositivo
transferente 50 comprende al menos un segmento cilíndrico 51 unido
al mecanismo accionado 71. El segmento cilíndrico 51 del
dispositivo transferente 50 puede ser unido al mecanismo accionado
71 mediante cualquier técnica conocida por el experto en la técnica
tal como, por ejemplo, pernos, tornillos, pasadores, llaves y las
correspondientes cerraduras, partes de conector tales como árboles o
mordazas, soldadura y similares o combinaciones de los mismos. Por
ejemplo, el segmento cilíndrico 51 mostrado en la Figura 1 se une
directamente al engranaje accionado 72 ajustando el extremo del
segmento cilíndrico 51 en un orificio que se ajusta al engranaje
accionado 72 y bloqueándolo en su posición con un pasador. De forma
similar pueden unirse otros componentes del aparato 20 utilizando
las técnicas de ensamblaje antes descritas.
Las dimensiones del segmento cilíndrico 51
pueden variar en función de la potencia del aparato 20 deseada y
del tamaño y la forma de los diferentes artículos 30 que son
transferidos. El segmento cilíndrico 51 puede comprender un
elemento con forma de media luna que tiene una longitud de arco
exterior periférica que abarca de aproximadamente 5 grados a
aproximadamente 340 grados, un radio exterior que va de
aproximadamente 25 mm a aproximadamente 500 mm y una anchura que va
de aproximadamente 50 mm a aproximadamente 750 mm. Cuando el
mecanismo accionado 71 gira, el dispositivo transferente 50 se mueve
en la dirección indicada por la flecha 93, como se muestra en la
Figura 2. La superficie circunferencial periférica externa del
segmento cilíndrico 51 definida por un radio exterior se mueve a lo
largo de una trayectoria orbital la cual pasa a través de una zona
receptora 21 y una zona aplicadora 23, delimitando dicha
trayectoria. La zona receptora 21 y la zona aplicadora 23 están
definidas por las respectivas regiones de la trayectoria orbital
recorridas por el segmento cilíndrico 51.
El ejemplo del mecanismo accionador 61 ilustrado
incluye un engranaje accionador circular girable 62 unido a un
árbol 63 de entrada. En este ejemplo, el árbol 63 de entrada es el
árbol de potencia del motor 64. El mecanismo accionado 71 está
colocado paralelo al mecanismo accionador 61 de manera que el
engranaje accionador 62 está entrelazado con el engranaje accionado
72 utilizando conjuntos de engranaje conocidos por el experto en la
técnica. Durante el uso, el motor 64 hace girar el árbol 63 de
entrada que hace girar al engranaje accionador 62 que, a su vez,
hace girar al engranaje accionado 72 y al dispositivo transferente
50.
De forma alternativa, el mecanismo accionado 71
puede incluir cualquier mecanismo conocido por el experto en la
técnica mediante el cual la energía de rotación puede ser enviada de
un árbol a otro como, por ejemplo, cintas en V, correas
sincronizadas, cadenas continuas y similares o combinaciones de los
mismos. Además, el mecanismo accionado 71 puede incluir cualquier
mecanismo conocido por el experto en la técnica mediante el cual la
velocidad de entrada puede ser modificada de forma variable a una
fuente de potencia tal como, por ejemplo, levas, uniones y
similares o combinaciones de los mismos siempre que los cambios de
velocidad de rotación sean prácticamente creados por el motor
64.
También se apreciará que el método y el aparato
20 de la invención pueden utilizar dos, tres o más combinaciones de
dispositivos transferentes 50, mecanismo accionado 71, mecanismo
accionador 61 y motor 64 en serie para conseguir la aplicación
deseada de las partes diferenciadas al transportador. Las diferentes
combinaciones pueden permitir el uso de una banda que se mueve
continuamente para suministrar las partes diferenciadas. Además,
pueden conseguirse mayores diferenciales de relación de velocidad
utilizando combinaciones de dispositivos transferentes, mecanismos
accionados, mecanismos accionadores y motores en serie.
También se apreciará que el método y el aparato
20 de la invención, cuando se utilizan en serie, no es necesario
que funcionen en la misma zona receptora 21 y zona aplicadora
23.
Otro aspecto de la invención mostrado en la
Figura 4 comprende un aparato 20 que recibe partes diferenciadas 30
de una banda de un material 31 que se desplaza a una primera
velocidad en la dirección indicada por la flecha 94 asociada con la
misma y que aplica las partes 30 a un transportador 80 que se
desplaza a una segunda velocidad en la dirección indicada por la
flecha 95 asociada con la misma. El ejemplo del aparato 20 ilustrado
comprende dos dispositivos transferentes girables, representados
por 50A y 50B, para recibir y aplicar las partes 30. El aparato 20
también comprende un sistema accionador 60 que tiene dos mecanismos
accionadores 61A y 61B, en donde cada uno de ellos incluye un motor
64A, 64B y un engranaje accionador 62A, 62B para transmitir energía
de rotación al mecanismo accionado 71A, 71B representado por el
engranaje accionado 72A, 72B.
Como se ilustra en la Figura 4, cada dispositivo
transferente 50A y 50B comprende un segmento cilíndrico 51 A, 51 B
unido a un engranaje accionado 72A, 72B. Cuando cada engranaje gira,
los dispositivos transferentes 50A, 50B se desplazan en la
dirección indicada por la flecha 96 asociada con la misma. Durante
el uso, la superficie periférica circunferencial exterior de los
segmentos cilíndricos 51A, 51B se mueve a lo largo de una
trayectoria orbital que pasa a través de una zona receptora 21 y una
zona aplicadora 23 definidas por las respectivas regiones de la
trayectoria orbital recorridas por los segmentos cilíndricos 51A,
51B de los dispositivos transferentes 50A y 50B, delimitando dicha
trayectoria.
El tamaño y la forma de los segmentos
cilíndricos 51A y 51B pueden variar a medida que cambia el número de
segmentos cilíndricos por dispositivo transferente. Por ejemplo, si
el aparato incluye dos dispositivos transferentes como se ilustra
de forma representativa en la Figura 4, cada segmento cilíndrico 51A
y 51B puede tener una longitud de arco periférica exterior que
abarca desde aproximadamente 5 a aproximadamente 175 grados de la
trayectoria orbital de los dispositivos transferentes 50A y 50B.
Cada mecanismo accionado 71A, 71B puede incluir
cualquier mecanismo conocido por el experto en la técnica mediante
el cual pueda enviarse energía de rotación desde un árbol a otro
como, por ejemplo, cintas en V, correas sincronizadas, cadenas
continuas y similares o combinaciones de los mismos. Además, los
mecanismos accionados 71A, 71B pueden incluir cualquier mecanismo
conocido por el experto en la técnica mediante el cual la velocidad
de entrada pueda ser modificada de forma variable a una fuente de
potencia tal como por ejemplo, levas, uniones y similares o
combinaciones de los mismos, siempre que los cambios de velocidad de
rotación sean prácticamente creados por el motor 64. De forma
alternativa, un primer mecanismo accionado puede estar conectado
con un primer dispositivo transferente utilizando un primer árbol de
un engranaje accionado y un segundo mecanismo accionado puede estar
conectado a un segundo dispositivo transferente utilizando un árbol
concéntrico alrededor del primer árbol.
El aparato 20, como se ilustra de forma
representativa en la Figura 5, también puede comprender un
dispositivo cortador 40 que comprende un cortador de cuchilla por
apriete 41 y un yunque de cuchilla 42 para cortar la banda de
material que se mueve continuamente 31 en partes diferenciadas 30
antes o al mismo tiempo que se realiza la transferencia de las
partes diferenciadas a los segmentos cilíndricos 51A, 51B de los
dispositivos transferentes 50A, 50B. El cortador de cuchilla por
apriete 41 puede comprender un cortador giratorio como el mostrado
o cualquier otro mecanismo conocido por el experto en la técnica
capaz de cortar una banda de material en partes diferenciadas. En
ciertos aspectos de la invención, el yunque de cuchilla 42 puede ser
omitido para hacer que el cortador de cuchilla por apriete 41 corte
la banda cuando esta está sujeta en el segmento cilíndrico del
dispositivo transferente. De forma alternativa, la banda de material
que se mueve continuamente puede ser colocada directamente sobre
los segmentos cilíndricos de múltiples dispositivos transferentes
de manera que la banda repose en múltiples segmentos al mismo
tiempo, lo que permite una aceleración planificada de un
dispositivo para generar una fuerza necesaria para cortar una única
parte de la banda. Este corte puede facilitarse perforando la banda
corriente arriba de la zona receptora de manera que las partes se
rompan por una perforación deseada durante la aceleración.
Para recibir las partes en la zona receptora, el
dispositivo transferente, como se ilustra de forma representativa
en las diversas configuraciones de la invención, también puede
incluir un mecanismo de agarre de manera que la superficie cóncava
exterior del segmento cilíndrico pueda capturar una parte en la zona
receptora y transportar dicha parte a la zona aplicadora. Para esta
realización el mecanismo de agarre puede incluir un vacío que puede
ser enviado de forma selectiva a través de aberturas en el segmento
cilíndrico que conducen a la superficie cóncava exterior. Por
ejemplo, el vacío puede ser activado en la zona receptora para
capturar las partes y puede ser desactivado en la zona aplicadora
para liberar las partes al transportador. De esta manera se mantiene
siempre el control positivo sobre las partes durante el proceso de
transferencia. De forma alternativa, el mecanismo de agarre puede
incluir cualquier técnica conocida por el experto en la técnica para
agarrar y liberar partes tales como abrazaderas mecánicas,
abrazaderas eléctricas, abrazaderas magnéticas y similares o
combinaciones de las mismas.
Para transferir las partes al transportador en
la zona aplicadora, el aparato puede comprender cualquier de las
múltiples opciones conocidas por el experto en la técnica tales como
adhesivo aplicado en la parte, adhesivo aplicado en el
transportador, carga electrostática entre la parte y el
transportador, vacío en el transportador y similares o
combinaciones de los mismos. De forma alternativa, la transferencia
puede incluir la generación de una soldadura entre la parte y el
transportador mediante cualquiera de los múltiples medios conocidos
por el experto en la técnica tales como generación de presión en
una línea de contacto formada entre el segmento cilíndrico y el
transportador en la transferencia, interacción entre un diseño en el
segmento cilíndrico y una punta ultrasónica detrás del
transportador en la transferencia y similares, o combinaciones de
los mismos. Además, para facilitar el proceso de soldadura, la
parte puede ser modificada en el segmento cilíndrico añadiendo
energía con cualquier mecanismo conocido por el experto en la
técnica tal como, por ejemplo, corrientes de aire caliente, luz
ultravioleta, bombardeo láser y similares o combinaciones de los
mismos.
El uso de un motor programable en el aparato,
como se ilustra de forma representativa en los diversos aspectos de
la invención descritos anteriormente, proporciona un método barato y
adaptable para recibir partes 30 que se desplazan a una velocidad y
aplicar dichas partes a un transportador 80 que se desplaza a una
velocidad diferente. La variación de la velocidad angular se
obtiene variando la corriente suministrada al motor. Dado que el
mecanismo accionado está acoplado a la potencia del motor, los
cambios de velocidad angular y de posición del motor están
directamente relacionados con los cambios de velocidad angular y de
posición del dispositivo transferente. La corriente suministrada al
motor puede ser controlada mediante cualquiera de los múltiples
métodos de programación de motores conocidos por el experto en la
técnica tales como funciones de curva de leva convencionales, una
tabla de datos de referencia que contiene puntos de referencia,
puntos de codificación de señales del motor deseados y similares o
combinaciones de los mismos.
El medio para proporcionar el movimiento de
rotación necesario puede elegirse de entre una pluralidad de métodos
conocidos por el experto en la técnica. Los motores eléctricos
programables pueden ser accionados desde cualquier fuente de
potencia conocida capaz de proporcionar una señal modulada de manera
que el par de torsión del motor pueda ser variado
proporcionalmente. El número de motores incluido por dispositivo
transferente puede ser cualquier número adecuado. Cada motor unido
a un único dispositivo transferente puede ser alimentado por una o
más fuentes de potencia capaces de proporcionar una señal modulada
de par de torsión. La señal de par de torsión es de forma típica
una corriente eléctrica que puede ser alimentada a los diferentes
motores por fuentes de potencia separadas o por una única fuente de
potencia y controlada por una pluralidad de métodos conocidos por
el experto en la técnica.
La posición real del dispositivo transferente
puede ser controlada con una pluralidad de métodos conocidos por el
experto en la técnica. El sistema de control mostrado utiliza un
sistema programable que incorpora una retroalimentación de posición
desde el dispositivo transferente y el motor. El dispositivo de
retroalimentación de posición en el dispositivo transferente, o en
el motor, puede no ser necesario si la posición del dispositivo
transferente puede ser inferida por otro medio conocido por el
experto en la técnica. El transductor de posición típico es un
codificador de señales o un sistema basado en un transformador de
coordenadas aunque puede utilizarse cualquier sistema que pueda ser
construido para proporcionar la posición real o la posición inferida
del dispositivo transferente.
El sistema de control demostrado es uno de los
muchos tipos, modelos y tecnologías que pueden utilizarse para
suministrar la señal proporcional al suministro de potencia del
motor que generará la señal de par de torsión modulada.
El sistema de control puede estar o no integrado
en la fuente de alimentación del motor. El sistema de control,
junto con la fuente de alimentación del motor, pueden estar o no
integrados en el propio motor. El sistema de control puede o no
estar controlado de forma digital y puede estar construido con
diferentes métodos y configuraciones conocidos por el experto en la
técnica. El sistema de control, el suministro de potencia, los
dispositivos de retroalimentación y los dispositivos del motor y
cualquier otro componente necesario para proporcionar movimiento de
rotación se mencionan en adelante como "sistema de
accionamiento" para el dispositivo transferente.
El sistema de accionamiento puede controlar
continuamente la posición del dispositivo transferente y permitir
que el dispositivo transferente permanezca en fase a una posición
determinada en el producto, banda o máquina huésped receptor. El
sistema de accionamiento puede seguir transiciones de velocidad o
variaciones de posición en el producto o banda receptor, a través
de su propia puesta en fase, cuando sea necesario, con respecto al
producto, banda o máquina huésped receptor, con o sin la
intervención del operario. El sistema de accionamiento permite el
registro del parche en el dispositivo transferente en relación con
el producto o banda receptor, corriente arriba o corriente abajo
del dispositivo transferente.
El sistema de accionamiento puede proporcionar
una pluralidad de métodos de control y algoritmos conocidos por el
experto en la técnica para proporcionar movimiento y controlar la
posición y permitir la transferencia de un parche a un producto o
banda receptor. El sistema de accionamiento puede cambiar la
longitud del parche con o sin la intervención del operario, para
variar el tamaño del producto o mantener una longitud de parche
continua o controlar el cambio de posición. La referencia de
posición para el sistema de accionamiento puede ser un perfil de
leva pre-calculado, un perfil calculado
continuamente o cualquier algoritmo para generar una trayectoria
posicional conocidos por el experto en la técnica, pudiendo ser este
de tipo digital o analógico. La trayectoria de movimiento del
dispositivo transferente puede estar basada en un perfil
pre-calculado o en un perfil modificado por la
velocidad del producto o banda receptor.
El perfil de velocidad de un ajuste de motor
típico se ilustra de forma representativa en la Figura 6. Como se
muestra, el motor 64 programable utilizado para accionar el
dispositivo transferente 50 de la presente invención puede
proporcionar velocidades angulares variables incluyendo períodos en
los que la velocidad permanece constante durante un tiempo fijo.
Estos tiempos de permanencia en una velocidad constante pueden ser
ventajosos en la zona receptora 21 y la zona aplicadora 23,
especialmente cuando se produce la recogida y la transferencia a lo
largo de longitudes de arco de contacto significativas. De forma
alternativa, una o más de las regiones de velocidad constante
pueden ser cambiadas a una región de velocidad variable controlada,
como se ilustra de forma representativa en la Figura 7. Esto
permitiría que la parte 30 fuera recogida en la zona receptora 21 a
una velocidad variable y, cuando la parte 30 es elástica, permitiría
variar la tensión en incrementos, lo que podría ser deseable para
ciertas características de producto. En otro ejemplo, la velocidad
constante del motor 64 en la zona aplicadora 23 puede ser de manera
que la correspondiente velocidad del dispositivo transferente sea
diferente a la velocidad del transportador en la transferencia.
Estas variaciones de velocidad generan tensión en la parte 30 al
transferir en incrementos la parte 30 de manera controlada desde un
medio que se desplaza a una velocidad superficial a un segundo
medio que se desplaza a una segunda velocidad superficial.
También se apreciará que puede adaptarse la
velocidad del dispositivo transferente 50 fuera de la zona
aplicadora o la zona receptora para mejorar el rendimiento de
procesos secundarios, incluyendo aplicación de adhesivo, impresión
de marcas de identificación o registro, aplicación de reforzadores
de unión, adición de humedad y similares y combinaciones de los
mismos. Estos cambios de velocidad pueden ser beneficiosos al
presentar perfiles de velocidad específicos o incluso períodos de
velocidad constante adicionales que permitirían una más precisa
interacción con los procesos secundarios que son realizados.
Los motores programables, tales como los
utilizados en la presente invención, pueden ser adquiridos a
numerosos proveedores de motores programables tales como Rockwell
Aut, Milwaukee, Wisconsin. Además, las entradas de programa a los
motores pueden ser generadas por el experto en la técnica si dispone
de la representación analítica de la función de potencia deseada,
como se ilustra de forma representativa en la Figura 6. Por ejemplo,
la creación del perfil de leva electrónica para el motor puede ser
desarrollada determinando en primer lugar las variables de entrada
clave. Las variables de entrada clave están basadas en las
características de producto deseadas, el diseño básico del aparato
20 y la velocidad de ciclo deseada del aparato 20. En segundo lugar
se determina el radio de la superficie exterior del dispositivo
transferente 50. Una vez determinado el radio, pueden calcularse
las entradas de leva necesarias para las velocidades de rotación,
las distancias recorridas y el tiempo disponible para la
aceleración, que sirven como entradas para el generador de perfil de
leva. Por ejemplo, en un sistema con las siguientes entradas:
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- N = el número de dispositivos transferentes 71 utilizados en el aparato 20
- \quad
- H = el número de segmentos cilíndricos 51 por dispositivo transferente 71
- \quad
- L_{s,parte} = distancia desde el borde anterior de la primera parte 30 recibida en una determinada transferencia al dispositivo transferente 50 al borde anterior de la parte 30 recibida en el siguiente ciclo de transferencia a un dispositivo transferente 50 en el aparato 20.
- \quad
- L_{s,producto} = distancia desde el borde anterior de la primera zona de producto en el transportador 80 al que se aplican partes 30 en una determinada transferencia desde el dispositivo transferente 50 al borde anterior de la zona de producto en el transportador 80 al que se aplican partes 30 en el siguiente ciclo de transferencia de un dispositivo transferente 50 en el aparato 20.
- \quad
- V_{\text{mín}} = velocidad superficial media del segmento cilíndrico 51 en el dispositivo transferente 50 en la zona receptora 21
- \quad
- V_{máx} = velocidad superficial media del segmento cilíndrico 51 en el dispositivo transferente 50 en la zona aplicadora 23
- \quad
- \tau = tiempo de ciclo de una determinada pista de fabricación de producto
- \quad
- \tau_{R} = tiempo en la zona receptora 21, de forma típica con un valor \tau cuando V_{\text{mín}} = velocidad entrante de las partes 30
- \quad
- \tau_{A} = tiempo en la zona aplicadora 23, de forma típica con una relación de valor * \tau cuando V_{máx} = velocidad del transportador 80
\vskip1.000000\baselineskip
Pueden calcularse las siguientes variables
dependientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- Radio = distancia desde el centro de rotación efectivo del dispositivo transferente 50 a la superficie exterior del segmento cilíndrico 51 en el dispositivo transferente 50
- \quad
- \tau_{TRANS} = tiempo en transición desde V_{\text{mín}} a V_{máx} = N * \tau - \tau_{R} - \tau_{A} = (N - 1 - relación) * \tau
- \quad
- \omega_{\text{mín}} = velocidad angular media del dispositivo transferente 50 en la zona receptora 21 = V_{\text{mín}} / radio
- \quad
- \omega_{máx} = velocidad angular media del dispositivo transferente 50 en la zona aplicadora 23 = V_{máx} / radio
El radio puede ser determinado asumiendo que la
velocidad angular media, \omega_{ave} del dispositivo
transferente 50 durante la transición desde la zona receptora 21 a
la zona aplicadora 23 es igual a (\omega_{\text{mín}} +
\omega_{máx}) / 2. Esto significa que la distancia recorrida
durante la transición \theta_{transición} = \omega_{ave} *
\tau_{TRANS}. Sin embargo, \theta_{transición} también debe
ser igual a 2 * \pi / H - \theta_{\text{mín}} -
\theta_{máx}. Por consiguiente, haciendo que en las dos
ecuaciones \theta_{transición} sean iguales, se define la
siguiente expresión para el radio:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cabe destacar que L_{s,parte}, según se ha
definido, puede ser diferente de la longitud total de la parte, por
ejemplo, cuando los bordes de la parte se cortan en un ángulo no
perpendicular a la dirección de flujo de la parte. Las ecuaciones y
los parámetros anteriores deben resolverse de una forma ligeramente
diferente para tener esto en cuenta.
Ahora, dadas las entradas, el experto en la
materia puede determinar \tau_{TRANS}, \omega_{\text{mín}},
\omega_{máx}, \theta_{\text{mín}}, \theta_{máx} y
\theta_{transición}, que son entradas típicas necesarias para
los programas software de leva eléctrica. Los programas genéricos
de leva crearían después la tabla de entradas para el motor 64.
Cabe destacar que el radio es un radio óptimo y no es el único radio
posible para el conjunto de entradas. El radio es óptimo porque
utiliza todo el tiempo de transición para cambiar la velocidad
angular del dispositivo transferente 50. Al cambiar el radio
también debe cambiar la cantidad real de tiempo necesario para
cambiar la velocidad o de lo contrario no se cumplirán las
condiciones combinadas de cambio de velocidad angular y cambio de
aceleración angular. La cantidad en la que puede desviarse el radio
con respecto al valor óptimo depende de los requisitos del par de
torsión del sistema bajo las nuevas aceleraciones a la velocidad
dada y la capacidad del motor 64 seleccionada.
De forma alternativa, el experto en la materia
podría generar la tabla de entradas para el motor sin la ayuda del
programa software. Por ejemplo, el perfil de leva para el movimiento
cicloidal que tiene permanencias de velocidad constante comprende
una velocidad mínima igual a \omega_{\text{mín}}, un cambio de
velocidad, \Delta\omega, igual a \omega_{máx} -
\omega_{\text{mín}} y un tiempo de elevación \beta del
movimiento igual a \tau_{TRANS}/2. La función resultante de la
posición angular es la siguiente:
Perfiles diferentes a los cicloidales pueden
encontrarse en Machinery's Handbook, 25ª edición.
Si se elige un radio para el dispositivo
transferente que no sea el óptimo, el dispositivo transferente
realizará los cambios de velocidad deseados aunque la
sincronización de estos cambios no se corresponderá con lo deseado.
Por ejemplo, si el radio es ligeramente mayor al valor óptimo,
utilizando las ecuaciones anteriores la distancia real recorrida
durante la transición es inferior a la necesaria para posicionar el
dispositivo transferente 50 al comienzo de la zona aplicadora 23
aunque el dispositivo transferente 50 alcance la velocidad angular
deseada.
Existen al menos tres formas posibles de
conseguir perfiles de velocidad con recogida y transferencia
utilizando un radio no óptimo. En primer lugar, el tiempo de
elevación \beta puede ser reducido gastando más tiempo en Cumín,
como se muestra en la Figura 8A. En segundo lugar, como se muestra
en la Figura 8B, la velocidad angular máxima en la zona de
transición puede ser mayor que el valor \omega_{máx} en la zona
aplicadora 23. En tercer lugar, la velocidad angular mínima en la
zona de transición puede ser menos que el \omega_{min} en la
zona receptora 21, como se muestra en la Fig. 8C.
Utilizando las mismas fórmulas de leva se pueden
determinar las aceleraciones máximas generadas durante el
movimiento utilizando la misma familia de perfiles de leva. Por
ejemplo, para el perfil cicloidal utilizado anteriormente, la
aceleración máxima es (\Delta\omega * \pi)/(2 * \beta). Esto
es importante porque, para aplicaciones de alta velocidad, el
factor limitante del diseño en el aparato 20 es la capacidad del par
de torsión del motor 64 a las velocidad angulares deseadas. El
experto en la técnica puede determinar los requisitos del par de
torsión total para el aparato 20 para una determinada aplicación
basada en las masas y los radios de giro para los diferentes
componentes del aparato 20 y las aceleraciones esperadas.
Con respecto a los métodos convencionales para
cambiar la velocidad de una parte diferenciada de manera que pueda
ser aplicada a un transportador que se mueve continuamente (como en
el método de deslizamiento y corte descrito anteriormente), el uso
de motores programables permite obtener mayores cambios de velocidad
y mantener velocidades constantes durante un tiempo fijado. La
permanencia con una velocidad fija conseguida por los motores
programables puede ser generada de forma exacta y rápida para
controlar la longitud y la colocación de las partes. En comparación
con el método de engranaje no circular descrito anteriormente, el
uso de motores programables permite cambiar el perfil libremente
sin necesidad de fabricar nuevas partes.
Por ejemplo, en los diversos aspectos de la
invención, el perfil generado por el motor 64 programable está
analíticamente diseñado de manera que el dispositivo transferente
girable 50 reciba las partes 30 en la zona receptora 21 manteniendo
al mismo tiempo una velocidad superficial constante prácticamente
igual a la velocidad de las partes 30. Además, el perfil de
potencia del motor 64 está diseñado de manera que la velocidad
superficial del dispositivo transferente girable 50 cambie a una
segunda velocidad superficial constante cuando el dispositivo
transferente girable 50 se mueve desde la zona receptora 21 a la
zona aplicadora 23. El término "velocidad superficial", en la
presente memoria, se refiere a la velocidad de la superficie
periférica circunferencial exterior del segmento cilíndrico 51. El
perfil de potencia del motor 64 puede estar diseñado de manera que
la velocidad de las partes 30 que son transferidas sea prácticamente
igual a la velocidad del transportador 80 cuando las partes se
aplican al transportador en la zona aplicadora 23. La velocidad
superficial del segmento cilíndrico 50 se mantiene prácticamente
constante en la zona receptora 21 y en la zona aplicadora 23 desde
al menos aproximadamente 0 a aproximadamente 300 grados de rotación,
de forma deseable desde aproximadamente 5 a aproximadamente 300
grados de rotación y de forma más deseable desde aproximadamente 5 a
aproximadamente 240 grados de rotación, del dispositivo
transferente 50. Además, el aumento o la reducción de la velocidad
superficial del segmento cilíndrico 51 cuando se mueve desde la zona
receptora 21 a la zona aplicadora 23 define una relación de
velocidad de al menos aproximadamente 100:99 a aproximadamente 50:1,
de forma deseable de aproximadamente 20:19 a aproximadamente 25:1 y
de forma más deseable de aproximadamente 10:9 a aproximadamente
20:1. El término "relación de velocidad", en la presente
memoria, define la relación entre la velocidad superficial del
segmento cilíndrico 51 cuando las partes 30 se aplican al
transportador 80 en la zona aplicadora 23 y la velocidad
superficial del segmento cilíndrico 51 cuando las partes 30 son
recibidas en la zona receptora 21.
Se ha descrito anteriormente la manera en que el
par de torsión y la velocidad angular necesarios para el aparato
determinan la capacidad del motor necesaria. Para aplicaciones de
alta velocidad comunes en la fabricación de artículos tales como
pañales y bragas pañal, entre otros usos, los requisitos de par de
torsión máximo del aparato 20 combinado con la aceleración del
motor 64 resultante requerirá un par de torsión muy elevado para
las propiedades de inercia del motor 64. Los motores capaces de
estas densidades de flujo tienen de forma típica un diseño de imán
permanente de tierras raras o más potentes y pueden ser adquiridos a
fabricantes de motores tales como Rockwell Automation, Milwaukee,
Wisconsin.
En algunas realizaciones puede ser necesario
tener más de un segmento cilíndrico por dispositivo transferente
accionado por un único motor, especialmente si el proceso incluye
operaciones secundarias que son preferiblemente realizadas a
velocidad constante (ver más adelante). Puede también ser necesario
tener múltiples segmentos cilíndricos por dispositivo transferente
para aumentar el radio desde el centro de rotación a la superficie
arqueada exterior de los segmentos cilíndricos. El radio de un
dispositivo transferente que tiene un único segmento cilíndrico
puede ser tan pequeño que las partes secundarias del diseño (tales
como transportar flujo de aire para el vacío a través del segmento
cilíndrico) resulten imposibles. Teniendo en cuenta la ecuación
anterior para determinar el radio, la adición de segmentos
cilíndricos por dispositivo transferente produce un aumento del
radio. Por ejemplo, el hecho de aumentar de uno a tres el número de
segmentos cilíndricos por dispositivo transferente triplica el
radio.
El hecho de añadir segmentos cilíndricos también
produce un aumento del par de torsión del motor que se determina
mediante la siguiente ecuación:
donde
- \quad
- I_{motor} - es el momento de inercia del motor incluyendo cualquier elemento unido directamente al árbol del motor
- \quad
- \alpha_{motor} - es la aceleración angular del motor
- \quad
- N_{accionador}/N_{accionado} - es la relación entre el número de dientes en el engranaje accionador y el número de dientes en el engranaje accionado.
- \quad
- I_{carga} - es el momento de inercia de la carga (incluido el dispositivo transferente).
\vskip1.000000\baselineskip
Los segmentos cilíndricos adicionales producen
un aumento del momento de masa de inercia del dispositivo
transferente, I_{carga}. La inercia es una función directa de la
masa y el radio de giro al cuadrado. Para un dispositivo
transferente que tiene tres segmentos cilíndricos, cabe esperar que
la masa aproximadamente se triplique y el radio de giro casi se
duplique. Por consiguiente, cabe esperar que el momento de inercia
del dispositivo transferente sea de al menos diez a doce veces la
inercia de un sistema equivalente con un único segmento cilíndrico.
El aumento de inercia causa una reducción en un factor de tres de la
velocidad de rotación en un sistema que tiene tres segmentos
cilíndricos por dispositivo transferente, por consiguiente, la
relación de transmisión N_{accionador}/N_{accionado} aumenta en
un factor de tres para mantener la aceleración del motor necesaria.
En general, los requisitos de par de torsión resultante para el
sistema que tiene tres segmentos cilíndricos por dispositivo
transferente es un 11% mayor que la de un dispositivo transferente
que tiene un segmento cilíndrico por dispositivo transferente. Dado
que la capacidad del motor es el factor de diseño clave limitativo,
un aumento del 11% en el par de torsión necesario puede ser
significativo y puede posiblemente limitar la capacidad y la
aplicación del aparato.
Aunque no existe restricción del número de
segmentos cilíndricos por motor aparte de los problemas de espacio
e inercia, el diseño de disposición de múltiples dispositivos es
limitado. Por ejemplo, un dispositivo transferente que tiene dos
segmentos cilíndricos por motor no puede disponerse de manera que
dos segmentos cilíndricos cualquiera en un dispositivo transferente
estén adyacentes entre sí en secuencia sin que al menos un segmento
cilíndrico de un dispositivo transferente separado accionado por un
motor separado se encuentre interpuesto entre ellos. Las Figuras 9a
y 9b muestran un aparato según la presente invención que incluye un
aplicador para realizar un proceso secundario sobre las partes y
dos dispositivos transferentes 150 y 250, en donde cada uno tiene
múltiples segmentos cilíndricos. Los dispositivos transferentes 150
comprenden tres segmentos cilíndricos 151A, 151B y 151C y el
dispositivo transferente 250 comprende tres segmentos cilíndricos
251A, 251B y 251C. Cada dispositivo transferente es accionado por
un motor separado 164, 264. Cuando el segmento cilíndrico 151A del
dispositivo transferente 150 recoge una parte en la zona receptora
21, cada velocidad superficial de los segmentos cilíndricos 151A,
151B y 151C es igual a la velocidad de recepción mientras que cada
velocidad superficial de los segmentos cilíndricos 251A, 251B y 251C
del dispositivo transferente 250 es igual a la velocidad de
aplicación o a otra velocidad transicional.
Los dispositivos transferentes que comprenden
dos o más segmentos cilíndricos son especialmente beneficiosos
cuando el proceso incluye procesos secundarios en los cuales es
necesario que la parte se mueva a una velocidad constante. Como se
ha descrito anteriormente, una etapa de proceso secundario puede ser
realizada en la parte como una aplicación de adhesivo, impresión,
calentamiento o aplicación de humedad en cualquier punto entre la
zona receptora y la zona aplicadora. Sin embargo, se prefiere
realizar el proceso secundario mientras que la parte se mueve a
velocidad constante. En aplicaciones en las que las partes son
recibidas como una banda continua sin rebabas que separen las
partes durante la separación, se prefiere que no haya espacios entre
segmentos cilíndricos adyacentes durante la transferencia a la zona
receptora. Por ejemplo, cuando el proceso secundario implica la
aplicación de un adhesivo, se prefiere que las partes se muevan a
una velocidad constante durante la aplicación sin que haya espacios
entre las partes de manera que la velocidad de dosificación del
adhesivo pueda ser constante y no intermitente.
Para realizar un proceso secundario en la parte
a una velocidad constante sin espacios, el proceso secundario puede
ser realizado en la parte antes de que el dispositivo transferente
comience a acelerar. En otras palabras, el tiempo a la velocidad de
recepción se alarga de manera que la longitud de arco total del
segmento cilíndrico del dispositivo transferente (considerando que
se necesita toda la longitud de la parte) pasa por el proceso. Por
ejemplo, si el proceso implica aplicar un adhesivo, entonces toda la
longitud de arco pasa por debajo de la boquilla del aplicador de
adhesivo. Esto supone un reto para un dispositivo transferente que
comprende un único segmento cilíndrico accionado por un único motor
dado que la suma del tiempo de recepción, el tiempo de aplicación y
el tiempo para el proceso secundario puede superar el tiempo total
del ciclo. Este problema puede ser resuelto añadiendo un segundo
dispositivo transferente que tenga un único segmento cilíndrico
accionado por un motor separado o utilizando un dispositivo
transferente que tenga más de un segmento cilíndrico por
dispositivo transferente.
En el proceso, generalmente, cuando un segmento
cilíndrico acaba de recibir una parte, el siguiente segmento
cilíndrico de la secuencia comienza a recibir una parte.
Generalmente, las partes que entran en el dispositivo transferente
forman parte de una banda continua sin separaciones en la zona
receptora. Por consiguiente, para tener una situación sin espacios,
los segmentos cilíndricos en la zona receptora no deben tener
espacios entre ellos. Sin embargo, en realidad, la variabilidad del
posicionamiento del motor, las dimensiones de la cabeza, los
movimientos no deseados del engranaje, etc., puede hacer que la
posición del dispositivo transferente presente cierta variabilidad
en la posición de rotación que produzca espacios o incluso un
contacto forzado entre ellos. Este problema puede ser resuelto con
las realizaciones de la presente invención descritas más adelante
en la presente memoria.
En primer lugar, los segmentos cilíndricos
pueden ser fabricados para que tengan una longitud de arco un poco
más corta que la parte que debe ser recibida y después los
dispositivos pueden ser aproximados sin llegar a entrar en contacto
entre sí. Esto evita el contacto pero impide el control total del
borde anterior y el borde posterior de la parte. Esto tal vez puede
afectar a la calidad del producto, dependiendo de las propiedades
de la parte. En segundo lugar, los segmentos cilíndricos pueden
tener una estructura que absorba los impactos en los bordes
anterior y/o posterior de manera que el contacto no produzca daños.
Dependiendo del ciclo de vida deseado en el dispositivo
transferente, esto puede ser tan sencillo como colocar una espuma
compresible o tan complejo como colocar una pared cargada con
muelle. En tercer lugar, los segmentos cilíndricos pueden tener
superficies acopladas que permitan que los dispositivos coexistan en
sentido radial y tangencialmente pero no axial. Como se muestra en
la Figura 10, los segmentos cilíndricos 151A y 215A pueden tener
bordes anteriores y posteriores ranurados o modificados de otra
forma que se entrelazan con bordes modificados de forma similar en
los segmentos cilíndricos adyacentes.
El experto en la técnica debe entender que las
realizaciones de la presente invención que tienen un mecanismo
accionado colocado paralelo a un mecanismo accionador descrito
anteriormente están limitadas a un número de dispositivos
transferentes y/o a un número de cabezas por dispositivo
transferente y/o a un número de motores independientes por aparato
transferente. En primer lugar, esto es debido a la mayor complejidad
mecánica asociada a proporcionar una suficiente rigidez a los
árboles que hacen girar a los dispositivos transferentes porque,
para proporcionar más de dos dispositivos rotatorios transferentes
que compartan el mismo eje de rotación por aparato, habrá más de un
dispositivo rotatorio transferente por cada cara de la banda
transportadora y los árboles que accionan los dispositivos
transferentes situados en una cara de la banda transportadora
estarán dispuestos concéntricamente entre sí y por consiguiente,
los diámetros y/o los espesores de pared de los árboles
concéntricos disminuirán a medida que aumente el número de
dispositivos transferentes en una cara de la banda transportadora.
En segundo lugar, como se ha descrito anteriormente en la presente
memoria, a medida que aumenta el número de segmentos cilíndricos
por dispositivo transferente, aumentan también los requisitos del
par de torsión del sistema. En tercer lugar, el número de motores
independientes que accionan un dispositivo transferente está
limitado por el espacio físico disponible alrededor del dispositivo
transferente.
En las Figuras 11-12 se muestra
un aparato 500 de la presente invención que tiene una serie de
cuatro motores 502 alineados con un eje común 504. El número de
motores puede ser cualquier número adecuado. Cada uno de los
motores 502 tiene un estator exterior fijo 518, un rotor interior
girable 516 y un árbol hueco 512 girable con el rotor interior 516.
El árbol hueco 512 puede ser colocado sobre rodamientos 514 para que
el árbol hueco 512 pueda girar con respecto al árbol central fijo
510. Los rodamientos 514 pueden ser cualquier rodamiento adecuado.
Para mantener fijo el estator 518, el estator 518 puede estar unido
al árbol central fijo 512 a través de una abrazadera 520. El motor
502 puede ser adquirido a Kollmorgen Inland Motor de Radford,
Virginia.
Cada uno de los árboles girables huecos 512 está
unido a un dispositivo transferente 522 a través de un mecanismo
transmisor rígido 524 para que el dispositivo transferente 522 pueda
girar junto con el árbol girable hueco 512 alrededor del eje común
504. El mecanismo transmisor rígido 524 puede estar unido al árbol
girable hueco 512 y al dispositivo transferente 522 mediante
cualquier medio adecuado. El dispositivo transferente 522 puede
estar soportado por un rodamiento 526 que puede estar soportado por
el árbol central fijo 510. El rodamiento 526 puede ser cualquier
rodamiento adecuado. De forma alternativa, si se desea, el
dispositivo transferente 522 puede estar unido a un segundo motor
502 para proporcionar mayor capacidad de accionamiento y/o soporte
estructural al dispositivo transferente. Además, de forma
alternativa, el dispositivo transferente 522 puede ser accionado
por cualquier número de motores deseable.
Las Figuras 13-15 ilustran un
ejemplo de cómo puede utilizarse el aparato 500 junto con el
dispositivo cortador 40 (mostrado anteriormente en la Figura 4) de
forma similar en todos o en cualquier aspecto de la aplicación de
corte descrita en detalle anteriormente en la presente memoria,
incluida la omisión alternativa del rodillo de yunque 42 y el corte
alternativo de la banda de material 31 con un diferencial de
velocidad entre los dispositivos transferentes adyacentes.
Las Figuras 16-18 ilustran otra
realización de un aparato 550 de la presente invención que forma una
serie de nueve motores 551 alineados con respecto al eje central
común 556. El motor 551 es generalmente conocido como un motor
lineal que tiene una pista fija 552 que forma una trayectoria 553 y
al menos un suplemento 554 móvil en la pista fija 552 en la
trayectoria 553. El motor 551 puede ser cualquier motor lineal
adecuado, incluidos los motores lineales comercializados por Añorad
Corporation de Nueva York. Por ejemplo, la pista fija 552 puede
incluir bobinados de inducido y/o materiales magnéticos. El
suplemento 554 puede ser un imán permanente, bobinas o
combinaciones de los mismos. El suplemento está unido al dispositivo
transferente 555 para mover el dispositivo transferente 555
alrededor del eje central común 556. El número de suplementos unidos
al dispositivo transferente puede oscilar desde un único suplemento
554 a múltiples suplementos 554 controlados de forma independiente
o conjunta. Como se muestra en las Figuras 16-18,
cada dispositivo transferente 555 es movido por tres suplementos
554.
La Figura 19 muestra otra realización de un
aparato 600 de la presente invención formado por una serie de doce
motores 602 alineados con respecto a un eje central común 604. El
motor 602 puede ser cualquier motor convencional que tenga un rotor
exterior girable 606 y un estator interior fijo 608. Como se muestra
en la figura, cada estator 608 está unido a un árbol central fijo
610, aunque el motor 602 puede ser alineado sin utilizar el árbol
central 610, por ejemplo, conectando los motores 602 lateralmente
entre sí, directa o indirectamente, a través de un estator interior
fijo 608. Cada uno de los rotores exteriores 606 puede estar unido
directa o indirectamente a uno o más de los dispositivos
transferentes 550 para mover los dispositivos transferentes en un
movimiento programado.
De forma alternativa, el aparato de la presente
invención puede incluir otros tipos de motores eléctricos
programables adecuados para proporcionar un movimiento de rotación
del componente exterior del motor. Por ejemplo, los motores donde
el estator y el rotor están dispuestos paralelos entre sí en
contraposición a las disposiciones concéntricas de los motores
descritos anteriormente.
Las Figuras 20-22 ilustran otra
realización de un aparato 700 en donde los dispositivos
transferentes 702 se mueven en una trayectoria orbital 704 en lugar
de en una trayectoria circular, como se describe en el aparato 500
de las Figuras 10-12. La trayectoria orbital 704 de
los dispositivos transferentes 702 es proporcionada a través de
conexiones extensibles 706 junto con un cierto perfil de leva 708 de
la trayectoria orbital 704. Los motores del aparato 700 pueden ser
cualquier motor adecuado descrito anteriormente. Las Figuras
23-25 ilustran la anterior realización que incluye
el dispositivo cortador 40, como se ha mostrado y descrito
anteriormente.
La Figura 26 muestra otra realización de un
aparato 750 en donde los dispositivos transferentes 752 se mueven
en una trayectoria orbital 754 proporcionada por la forma de la
pista fija 756 del motor lineal programable.
Otros procesos alternativos pueden incluir
operaciones asociadas con modificar las dimensiones físicas, las
propiedades del material y/o la orientación de las partes
diferenciadas con respecto al sustrato al que serán unidas. En
particular, estas operaciones pueden incluir estiramiento,
activación, rotación y similares mediante cualquier medio conocido
por el experto en la técnica. Por ejemplo, la Figura 27 muestra otra
realización del aparato 800 de la presente invención que incluye un
dispositivo estirador 802 para estirar la parte diferenciada 804
antes de transferir dichas partes al sustrato. Además, la Figura 28
muestra otra realización del aparato 850 de la presente invención
que incluye un dispositivo rotatorio 852 para girar partes
diferenciadas antes de transferir dichas partes al sustrato.
Además, ciertas aplicaciones pueden beneficiarse
de tener una capacidad de cambio de paso flexible. Ejemplos típicos
de sistemas con cambio de paso incluyen rodillos de cuchillo,
rodillos de impresión, rodillos de ligado y similares, así como las
aplicaciones que transfieren partes diferenciadas descritas
anteriormente en la presente memoria. El cambio de paso de un
sistema tal como un cuchillo de rodillo puede ser de forma típica
modificado añadiendo otras herramientas en un rodillo (p. ej., el
número de cuchillos en un rodillo determina el número de cambios de
paso por revolución de un rodillo), aunque este método no es
adecuado para un cambio rápido. Otras alternativas pueden incluir
variar la velocidad de rotación del rodillo, añadir o quitar placas
separadoras debajo de las herramientas para cambiar la distancia
radial desde el eje de rotación, o manejar el engranaje a la
velocidad de ciclo apropiada pero a una velocidad superficial
diferente desde el sustrato con el que está interactuando. Las
realizaciones del aparato de la presente invención anteriormente
descritas pueden ofrecer la ventaja de presentar interacciones de
velocidad ajustadas con el sustrato a una velocidad de ciclo
deseada sin necesidad de modificar físicamente el sistema cuando se
cambia de una longitud de paso a otra longitud de paso, incluso
cuando la longitud de paso varía intencionadamente o de forma
accidental entre un producto y otro producto durante el
funcionamiento continuo.
Claims (19)
1. Un aparato (20) para recibir partes (30) que
se desplazan a una primera velocidad a través de una zona receptora
y aplicar las partes a un transportador (80) que se desplaza a una
segunda velocidad a través de una zona aplicadora (23),
comprendiendo el aparato:
al menos dos motores (64A, 64B) programables
independientes; y
al menos dos dispositivos transferentes (50A,
50B) para recibir las partes en la zona receptora (21) y aplicar
las partes en la zona aplicadora, estando al menos uno de los
dispositivos transferentes acoplado a cada uno de los motores
programables para mover los dispositivos transferentes en una
trayectoria orbital,
caracterizado porque los motores (64A,
64B) programables y los dispositivos transferentes (50A, 50B) están
alineados con respecto a un eje común, y
en donde los motores programables mantienen los
dispositivos transferentes a primeras velocidades superficiales en
la zona receptora (21) cuando los dispositivos transferentes cogen
las partes (30) y mantienen los dispositivos transferentes a
segundas velocidades superficiales en la zona aplicadora (23) cuando
los dispositivos transferentes aplican las partes al
transportador.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 1, en donde al menos uno de los motores (64A, 64B)
programables se selecciona del grupo que consiste en un motor que
tiene un árbol girable hueco, un motor lineal que tiene un raíl
fijo, un motor que tiene un rotor exterior girable y un estator
interior fijo y un motor que tiene un rotor girable alrededor de un
componente fijo de un motor.
3. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 1, en donde los motores (64A, 64B) programables están
situados en un árbol central fijo (512) de forma coaxial con el eje
común.
4. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 2, en donde al menos uno de los motores (64A, 64B)
programables está acoplado a al menos uno de los dispositivos
transferentes (50A, 50B) a través de un mecanismo transmisor (524)
para mover al menos uno de los dispositivos transferentes.
5. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 4, en donde el mecanismo transmisor (524) es una
unión rígida o una unión extensible.
6. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 2, en donde el raíl fijo (552) del motor lineal
incluye una pluralidad de bobinados de inducido en el mismo o un
material magnético en el mismo.
7. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 6, en donde el motor lineal incluye al menos un
suplemento (554) móvil en el raíl fijo (552).
8. El aparato (20) según se define en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras y las
segundas velocidades superficiales de los dispositivos transferentes
(50A, 50B) son prácticamente constantes.
9. El aparato (20) según se define en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras y las
segundas velocidades superficiales de los dispositivos transferentes
(50A, 50B) son variables.
10. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras
velocidades superficiales de los dispositivos transferentes (50A,
50B) o las segundas velocidades superficiales de los dispositivos
transferentes son variables.
11. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras
velocidades superficiales de los dispositivos transferentes (50A,
50B) son prácticamente iguales que la primera velocidad de las
partes en la zona receptora (21) y las segundas velocidades
superficiales de los dispositivos transferentes son prácticamente
iguales que la segunda velocidad del transportador (80) en la zona
aplicadora (23).
12. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno
de los dispositivos transferentes (50A, 50B) comprende al menos un
segmento cilíndrico (31) que tiene una superficie exterior, el
segmento cilíndrico puede desplazarse a lo largo de la trayectoria
orbital que pasa a través de la zona receptora (21) y la zona
aplicadora (23) durante el movimiento del al menos uno de los
dispositivos transferentes (50A, 50B), el segmento cilíndrico recoge
al menos una de las partes (30) en la zona receptora y sujeta la al
menos una de las partes contra la superficie exterior utilizando un
vacío, un medio electrostático o un coeficiente de fricción antes
de aplicar al menos una de las partes al transportador en la zona
aplicadora.
13. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 12, en donde el segmento cilíndrico (51) utiliza un
vacío, un medio electrostático o un coeficiente de fricción
superficial para sujetar las partes (30) contra la superficie
exterior.
14. El aparato (20) según se define en la
reivindicación 12, en donde la superficie exterior del segmento
cilíndrico (51) es una superficie arqueada o una superficie
plana.
15. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el
transportador (80) comprende un sustrato de banda, una correa o un
tambor.
16. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la
trayectoria orbital forma un círculo o cualquier trayectoria que
incluye una o más secciones curvilíneas o rectilíneas.
17. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno
de los dispositivos transferentes (50A, 50B) está acoplado a más de
uno de los motores (64A, 64B) programables.
18. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende
un aplicador para realizar un proceso secundario sobre las partes
entre la zona receptora (21) y la zona aplicadora (23).
19. El aparato (20) según se define en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende
un dispositivo cortador (40) en donde una banda continua de material
es cortada en partes en la zona receptora (21).
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