ES2957322T3 - Molinete de corte con cuchillas helicoidales - Google Patents

Abstract

Un carrete de corte de hojas helicoidales incluye un eje central que tiene un eje de rotación central y una pluralidad de hojas helicoidales. Cada una de las palas se extiende a lo largo de una trayectoria helicoidal respectiva sobre una superficie exterior del eje central. Una dirección de cada trayectoria helicoidal respectiva tiene tanto un componente axial como un componente circunferencial con respecto al eje central del eje central a medida que se extiende a través de la superficie exterior del eje central. Cada una de las palas helicoidales está soldada directamente al eje central. En realizaciones preferidas, todas las palas están soldadas de forma continua y autógena directamente al eje central. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Molinete de corte con cuchillas helicoidales

Campo de la invención

La presente solicitud se refiere a molinetes de corte con cuchillas helicoidales, tales como los utilizados en máquinas podadoras o cortadoras de plantas y segadoras, por ejemplo.

Antecedentes de la invención

Los molinetes de corte con cuchillas helicoidales se utilizan en numerosas aplicaciones diferentes, tal como segadoras de molinete para césped o cultivos, y máquinas podadoras de plantas tales como las que se utilizan para el lúpulo o la marihuana medicinal, por ejemplo.

Los molinetes de corte normalmente giran a velocidades de giro relativamente altas, tal como cientos o miles de revoluciones por minuto, por ejemplo. Por consiguiente, una consideración de diseño importante para molinetes de corte es la necesidad de lograr un equilibrio de giro suficientemente uniforme del molinete resultante, para minimizar la probabilidad de que pueda resultar una oscilación no deseada del molinete debido a una distribución de masa rotacionalmente asimétrica en el molinete giratorio. El equilibrio de giro es especialmente importante para molinetes de corte que giran a velocidades más altas, tal como las máquinas podadoras, por ejemplo, para evitar tensiones mecánicas indebidas causadas por fuerzas centrífugas resultantes de la masa desequilibrada que gira rápidamente en un lado del molinete.

En los molinetes de corte convencionales, las cuchillas helicoidales alargadas normalmente están soldadas a una pluralidad de discos o bujes anulares que están montados y se extienden radialmente hacia afuera desde un árbol giratorio central, a distancias dispuestas separadas a lo largo de la longitud axial del árbol.

De forma alternativa, en lugar de emplear dichos bujes para montar las cuchillas, otro diseño de molinete de corte convencional tiene sus cuchillas helicoidales alargadas encajadas a presión directamente en ranuras de formas complementarias fresadas en el árbol central.

Como otra alternativa más, se ha sugerido que las cuchillas alargadas podrían de algún modo formarse integralmente con el árbol.

Todos los tipos anteriores de molinetes convencionales tienden a ser costosos de fabricar, debido a que los procesos de fabricación convencionales requieren mucha mano de obra.

Por ejemplo, en la fabricación de un molinete con bujes convencional, primero se deben fabricar el árbol central y los bujes, luego se deben unir los bujes anulares al árbol. Antes de que las cuchillas puedan unirse a los bujes del molinete, el fabricante debe primero usar una máquina para doblar manualmente una porción de provisión de cuchilla rectangular lineal en forma helicoidal para formar cada cuchilla. Entonces, cada cuchilla debe soldarse manualmente por puntos a todos los bujes, normalmente mediante soldadura de metal-gas inerte (MIG) utilizando un electrodo de alambre consumible como material de relleno metálico. Cada molinete normalmente requiere múltiples cuchillas helicoidales, tal como seis cuchillas, por ejemplo, por lo que estos laboriosos procesos de doblado y soldadura deben repetirse para cada cuchilla. La fabricación de un molinete con bujes convencional puede requerir fácilmente una hora de trabajo manual, dependiendo del tipo específico y el propósito del molinete en cuestión.

Del mismo modo, el tipo alternativo de molinete mencionado anteriormente, en el que las cuchillas helicoidales se ajustan a presión en ranuras de formas complementarias fresadas en el árbol central, también son costosos de fabricar por razones similares. Al igual que con los molinetes con bujes, antes de que las cuchillas se puedan unir al molinete, se requiere una etapa separada de doblar primero las cuchillas en forma helicoidal usando una máquina, incluso antes de que el árbol esté preparado. Luego se debe fresar con precisión una pluralidad de ranuras helicoidales en el árbol, con una tolerancia de fabricación muy baja para garantizar un ajuste a presión suficientemente apretado para fijar de forma segura la cuchilla al árbol para aplicaciones a menudo exigentes. Luego, cada cuchilla debe encajarse a presión con cuidado en su respectiva ranura fresada. Nuevamente, dichos molinetes pueden requerir fácilmente una hora de trabajo manual para fabricarse, dependiendo de su aplicación prevista.

De manera similar, sería difícil y requeriría mucha mano de obra intentar formar integralmente el árbol y las cuchillas helicoidales entre sí, y de hecho puede requerir ingenio inventivo para lograrlo. Habría que encontrar un nuevo método de fabricación para el árbol y las cuchillas integrados, porque las cuchillas sobresalientes no cilíndricas impedirían el uso convencional de un torno para formar el árbol. La forma del molinete formado integralmente sería compleja y tendría que formarse con tolerancias de fabricación bajas y precisas para lograr un equilibrio de giro adecuado del molinete resultante.

Por lo tanto, los molinetes de cuchillas helicoidales convencionales tienden a sufrir altos costes de fabricación debido a sus procesos de fabricación convencionales que requieren mucha mano de obra.

El documento US 3,054,247 describe una cortadora de césped con un diseño complejo de molinete de corte para garantizar que, en uso, el corte se realice perpendicular a la dirección de movimiento de la cortadora de césped. El molinete de corte comprende tiras helicoidales, soportando cada tira una pestaña que tiene un patrón de dientes de sierra con una pluralidad de dientes de sierra, definiendo cada uno un borde de corte corto que discurre paralelo al eje del árbol. Sin embargo, la fabricación de dicho molinete de corte requiere mucho tiempo y, por tanto, es costosa.

El documento US 2008 0081681 A1 describe un batidor de rocas para batir rocas a través de una rejilla de dedos móviles accionados por resorte. El batidor de rocas comprende un cilindro giratorio con tiras de metal dispuestas helicoidalmente a su alrededor para empujar las rocas en una dirección específica.

Resumen de la invención

Los presentes inventores han concebido mejoras tanto en la estructura de los molinetes con cuchillas helicoidales como en su método de fabricación. Al hacerlo, los inventores han estado motivados por consideraciones que se cree que no eran conocidas por el experto en la técnica imaginario antes de la fecha de presentación de la presente solicitud. En este sentido, una de las ideas innovadoras incluyen reemplazar el molinete de corte único de una máquina podadora de plantas convencional con múltiples molinetes de corte por tambor, tales como dos o tres molinetes de corte, que en conjunto con una colocación posicional específica de uno de los múltiples molinetes, da como resultado mejoras sinérgicas cualitativas en el rendimiento del podado y la calidad. Sin embargo, esa idea innovadora ha creado una motivación especial, que se cree que sólo conocían el presente solicitante y los inventores antes de la fecha de presentación de la presente solicitud, para reducir tanto el tamaño como el coste de fabricación de los molinetes de corte, para permitir de ese modo más molinetes de corte por tambor sin aumentar indebidamente el coste de la máquina podadora de plantas resultante.

En un modo de realización ilustrativo, un molinete con cuchillas helicoidales incluye un árbol central que tiene un eje de giro central y una pluralidad de cuchillas helicoidales. Cada una de las cuchillas se extiende a lo largo de una trayectoria helicoidal respectiva en una superficie exterior del árbol central, en donde una dirección de cada trayectoria helicoidal respectiva tiene tanto un componente axial como un componente circunferencial con respecto al eje central del árbol central a medida que se extiende a través de la superficie exterior del árbol central. Cada una de las cuchillas helicoidales está soldada directamente al árbol central. Cada una de las cuchillas helicoidales tiene una superficie exterior delantera que define un borde helicoidal configurado para apoyarse contra un cuchillo de corte.

Una realización de este tipo de un molinete de corte, con sus cuchillas soldadas directamente a su árbol, va en contra de lo que los inventores perciben como un sesgo en la sabiduría convencional en la técnica de molinetes de corte con respecto a la indeseabilidad de soldar las cuchillas directamente al árbol. Los inventores creen que este sesgo se basó en la suposición de que se soldaría una sola cuchilla a la vez, de acuerdo con las prácticas de fabricación convencionales, porque dicha soldadura provocaría un calentamiento diferencial a lo largo de la trayectoria helicoidal de la cuchilla que se está soldando, lo que tendería a alabear el árbol, haciéndolo inadecuado para aplicaciones típicas de molinete giratorio. Este calentamiento diferencial no deseado y el alabeo resultante serían particularmente graves en el caso de soldadura continua y tenderían a afectar a toda la longitud del árbol, pero también pueden surgir en menor medida en el caso de soldadura por puntos en ubicaciones discretas a lo largo del árbol. Sin embargo, los presentes inventores han concebido que tales dificultades pueden superarse reemplazando el proceso de fabricación convencional con un proceso novedoso, descrito en el presente documento, en el que todas las cuchillas helicoidales se sueldan de forma simultánea al árbol, mientras que de forma simultánea se les dan sus formas helicoidales. La soldadura simultánea de todas las cuchillas sobre el árbol, de la manera que se describe a continuación, da como resultado un calentamiento simétrico en una pluralidad de posiciones angulares uniformemente distribuidas alrededor de la circunferencia del árbol, reduciendo por tanto significativamente la probabilidad de una alabeo no deseado del árbol, en contraste con el calentamiento diferencial mencionado anteriormente que ocurre en los procesos convencionales cuando cada cuchilla se suelda al árbol en sucesión. Por lo tanto, al reemplazar las técnicas de fabricación convencionales con técnicas novedosas descritas en el presente documento, los presentes inventores han permitido que el molinete tenga un diseño más simple de lo que se creía posible anteriormente, empleando cuchillas que están soldadas directamente al árbol central sin alabear el árbol.

En modos de realización ilustrativos, cada una de las cuchillas helicoidales está soldada de forma continua directamente al árbol central. Ventajosamente, una soldadura continua tiende a proporcionar una unión más fuerte que la soldadura por puntos. Dichos modos de realización de un molinete de corte no habrían sido posibles de construir usando técnicas de fabricación de molinetes convencionales en las que las cuchillas se unen al molinete secuencialmente en lugar de simultáneamente, debido a la gran cantidad de energía térmica entregada al árbol a lo largo de la trayectoria helicoidal para soldar de forma continua la única cuchilla al árbol tendería a deformar y alabear el árbol de forma demasiado severa para un giro adecuadamente equilibrado.

En modos de realización ilustrativos, cada una de las cuchillas helicoidales está soldada de forma autógena directamente al árbol central. Por ejemplo, la soldadura autógena puede incluir soldadura de tungsteno-gas inerte (TIG). Ventajosamente, la soldadura autógena, que funde las partes en contacto de la cuchilla y el árbol entre sí, sin utilizar ningún material de relleno, da como resultado una unión físicamente diferente y más fuerte que las técnicas de soldadura que implican materiales de relleno que se emplean normalmente en las técnicas de fabricación de molinetes convencionales. En modos de realización preferidos, cada una de las cuchillas helicoidales está soldada de forma continua y autógena directamente al árbol central.

El molinete puede tener una distribución de masa rotacionalmente equilibrada que incluye una pluralidad de soldaduras distribuidas simétricamente alrededor del eje central del árbol central, la pluralidad de soldaduras que se han formado soldando de forma simultánea toda la pluralidad de cuchillas directamente al árbol central.

Cada una de las soldaduras puede extenderse de forma continua a lo largo de una respectiva de las trayectorias helicoidales en la superficie exterior del árbol central. En el mismo u otros modos de realización ilustrativos, cada una de las soldaduras puede incluir una región en la que el material del árbol central se ha fundido de forma autógena junto con el material de una de las cuchillas helicoidales.

El molinete con cuchillas helicoidales puede incluir además un mecanismo anti-hundimiento configurado para acoplarse con un cuchillo de corte flexible para evitar que el cuchillo se hunda en la trayectoria de un borde delantero de cada una de las cuchillas a medida que gira el molinete. Por ejemplo, el mecanismo anti-hundimiento puede incluir un disco que se extiende radialmente hacia afuera desde el árbol central en un extremo delantero del árbol en el que cada una de la pluralidad de cuchillas helicoidales se acopla primero con el cuchillo de corte flexible a medida que gira el molinete.

La pluralidad de cuchillas helicoidales puede incluir entre dos y quince cuchillas helicoidales. Por ejemplo, la pluralidad de cuchillas helicoidales puede incluir seis cuchillas helicoidales.

Cada una de las respectivas trayectorias helicoidales puede extenderse durante al menos una revolución alrededor del eje central del árbol central a lo largo de la longitud axial del árbol central. Por ejemplo, cada una de las respectivas trayectorias helicoidales puede extenderse durante al menos una revolución y media alrededor del eje central del árbol central a lo largo de la longitud axial del árbol central.

En algunos modos de realización, cada una de las cuchillas helicoidales puede incluir acero con alto contenido de carbono. En el mismo u otros modos de realización, el árbol central y la pluralidad de cuchillas helicoidales pueden estar nitrurados.

En algunos modos de realización, una región de superficie radialmente exterior de cada una de las cuchillas helicoidales puede incluir una superficie exterior delantera y una superficie exterior trasera. La superficie exterior delantera puede ser normal a un radio del árbol central, y la superficie exterior trasera puede inclinarse 20 (veinte) grados radialmente hacia adentro con respecto a la superficie exterior delantera a medida que se extiende alejándose de la superficie exterior delantera.

En modos de realización alternativos, cada una de las cuchillas helicoidales se puede soldar por puntos directamente al árbol central.

En modos de realización alternativos, cada una de las cuchillas helicoidales se puede soldar directamente al árbol central usando un material de relleno.

En algunos modos de realización alternativos, cada una de las soldaduras puede incluir una región de la superficie exterior del árbol central en la que el material del árbol central se ha soldado con un material de relleno.

En algunos modos de realización alternativos, la pluralidad de soldaduras puede incluir una pluralidad de grupos de soldaduras, correspondiendo cada grupo a una respectiva de la pluralidad de cuchillas. Cada grupo de soldaduras puede incluir una pluralidad de soldaduras discretas a intervalos dispuestos separados a lo largo de una de las trayectorias helicoidales correspondientes en la superficie exterior del árbol, habiéndose formado cada soldadura discreta soldando por puntos la cuchilla respectiva al árbol. En dichos modos de realización, cada una de las soldaduras está distribuida simétricamente con las soldaduras correspondientes de los otros grupos en la misma posición axial a lo largo de una longitud del árbol central.

En un método innovador relacionado descrito en el presente documento, un método para fabricar un molinete con cuchillas helicoidales incluye hacer avanzar un árbol central a través de una abertura del árbol definida a través de una matriz de fabricación, mientras se hace avanzar de forma simultánea una pluralidad de porciones de provisión de cuchilla a través de respectivos canales de cuchilla definidos a través de la matriz de fabricación. Los canales de cuchilla están en ángulo para hacer que las porciones de provisión de cuchilla avancen a lo largo de una trayectoria helicoidal deseada a medida que avanzan a través de la matriz. A medida que las porciones de provisión de cuchilla y el árbol avanzan a través de la matriz, el método implica soldar de forma simultánea todas las porciones de provisión de cuchilla al árbol. En algunos modos de realización, la soldadura puede incluir comprimir las porciones de provisión de cuchilla contra el árbol mientras se sueldan de forma autógena continuamente las porciones de provisión de cuchilla al árbol.

Otros aspectos, características y ventajas de los modos de realización ilustrativos de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica tras revisar la siguiente descripción de dichos modos de realización junto con las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos que ilustran modos de realización de la invención,

La figura 1 es una vista isométrica delantera superior derecha de un molinete con cuchillas helicoidales según un primer modo de realización de la invención;

La figura 2 es una vista en alzado lateral derecho del molinete con cuchillas helicoidales de la figura 1;

La figura 3 es una vista detallada superior trasera derecha inclinada, de un extremo derecho (trasero) del molinete con cuchillas helicoidales de la figura 1 y la figura 2;

La figura 4 es una vista en alzado delantero del molinete con cuchillas helicoidales de la figura 1;

La figura 5 es una sección transversal del material de provisión de cuchilla usado para fabricar cada una de las cuchillas helicoidales del molinete de la figura 1, antes de soldarse al árbol central y antes de que se altere su región de superficie radialmente exterior para definir las superficies exteriores delantera y trasera inclinadas separadas;

La figura 6 es una vista detallada superior trasera derecha inclinada de un extremo derecho (trasero) de un molinete de corte con cuchillas helicoidales según un modo de realización alternativo; y

La figura 7 es una vista detallada superior trasera derecha inclinada de un extremo derecho (trasero) de un molinete de corte con cuchillas helicoidales según otro modo de realización alternativo.

Descripción detallada

Con referencia a las figuras 1 a 4, un molinete de corte con cuchillas helicoidales según un primer modo de realización de la invención se muestra en general con 100 en la figura 1. En este modo de realización, el molinete 100 de corte con cuchillas helicoidales incluye un árbol 102 central que tiene un eje 103 central de giro y una pluralidad de cuchillas helicoidales mostradas en general con 104. Cada una de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales se extiende a lo largo de una trayectoria helicoidal respectiva en una superficie 106 exterior del árbol 102 central: por ejemplo, la figura 1 muestra una primera trayectoria 108 helicoidal de una primera cuchilla 110 helicoidal de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales, y correspondientes trayectorias helicoidales dispuestas separadas respectivas a lo largo de la superficie 106 exterior para las otras cuchillas 104 helicoidales. Una dirección de cada respectiva trayectoria helicoidal, tal como la primera trayectoria 108 helicoidal, tiene tanto un componente axial como un componente circunferencial con respecto al eje 103 central del árbol 102 central a medida que la trayectoria se extiende a través de la superficie 106 exterior del árbol central. En este modo de realización, cada una de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales está soldada directamente al árbol 102 central.

De forma más particular, en este modo de realización cada una de las cuchillas 104 helicoidales está soldada de forma continua directamente al árbol 102 central. También en este modo de realización, cada una de las cuchillas 104 helicoidales está soldada de forma autógena directamente al árbol central. Por lo tanto, en el presente modo de realización cada una de las cuchillas 104 helicoidales está soldada de manera autógena continuamente directamente al árbol 102 central a lo largo de toda su longitud. En contraste con los procesos de fabricación de molinetes convencionales que típicamente emplean técnicas de soldadura usando materiales de relleno, la junta de soldadura autógena del presente modo de realización se ha formado fundiendo y uniendo porciones en contacto de cada cuchilla 104 helicoidal y de la superficie 106 exterior del árbol 102 sin utilizar material de relleno, lo que da como resultado una unión físicamente diferente y más fuerte que las que se podrían lograr usando soldadura con material de relleno. De forma más particular, como se expone con mayor detalle a continuación, en este modo de realización cada una de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales se ha soldado de forma autógena a la superficie 106 exterior del árbol 102 mediante la soldadura TIG autógena de las superficies de contacto de la cuchilla 104 y la superficie 106 exterior entre sí, como se describe a continuación en relación con la fabricación del molinete 100 de corte.

En modos de realización ilustrativos, la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales puede incluir entre dos y quince cuchillas helicoidales. Normalmente, los molinetes de mayor diámetro son capaces de acomodar una mayor cantidad de cuchillas que los molinetes de menor diámetro. En el presente modo de realización, la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales incluye al menos seis cuchillas helicoidales. De forma más particular, en este modo de realización la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales consta de exactamente seis cuchillas helicoidales, a saber, la primera cuchilla 110 helicoidal, una segunda cuchilla 112 helicoidal, una tercera cuchilla 114 helicoidal, una cuarta cuchilla 116 helicoidal, una quinta cuchilla 118 helicoidal y una sexta cuchilla 120 helicoidal. De forma alternativa, en otros modos de realización se puede sustituir un número mayor o menor de cuchillas helicoidales. En general, en los modos de realización de molinetes de corte, la efectividad del molinete depende no sólo del número de cuchillas y su velocidad de giro sino también de lo apretada que está enrollada cada cuchilla, medida por cuántas revoluciones realiza cada cuchilla alrededor del eje 103 central a lo largo de la longitud axial del molinete.

En el presente modo de realización, la trayectoria helicoidal respectiva de cada cuchilla se extiende durante al menos una revolución alrededor del eje 103 central del árbol 102 central a lo largo de la longitud axial del árbol central. De forma más particular, en este modo de realización cada una de las respectivas trayectorias helicoidales a lo largo de la superficie 106 exterior se extiende durante al menos una revolución y media alrededor del eje 103 central a lo largo de la longitud axial del árbol 102. De forma más particular aún, en este modo de realización cada trayectoria helicoidal respectiva de cada una de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales, tal como la primera trayectoria 108 helicoidal de la primera cuchilla 110 helicoidal, por ejemplo, se extiende exactamente durante una revolución y media (540 grados) alrededor del eje 103 central a lo largo de la longitud axial del árbol 102. Por tanto, debido a sus 1,5 revoluciones alrededor del eje 103, la primera trayectoria helicoidal y la primera cuchilla 110 helicoidal pueden verse en las regiones extremas izquierda y derecha del molinete 100 de corte de forma simultánea, como se muestra en las vistas delanteras de las figuras 1 y 4. Por lo tanto, de manera efectiva, las seis cuchillas helicoidales del presente modo de realización presentan de forma simultánea nueve superficies de corte respecto a un cuchillo de corte complementario (no mostrado) contra el cual se apoyan las cuchillas cuando el molinete 100 de corte gira alrededor del eje 103. De forma alternativa, en otros modos de realización, la trayectoria helicoidal de cada una de las cuchillas 104 helicoidales puede girar más o menos de 1,5 revoluciones alrededor del eje 103 central, para patrones de cuchillas en espiral más o menos apretadas, según se desee. A este respecto, el método de fabricación innovador ilustrativo que se describe a continuación es más adecuado para cuchillas en espiral apretadas que las técnicas convencionales, que normalmente se limitan a no más de aproximadamente tres cuartos de revolución a lo largo de la longitud axial de un molinete típico.

Con referencia a la figura 3, en este modo de realización una región de superficie radialmente exterior de cada una de las cuchillas 104 helicoidales incluye una superficie exterior delantera y una superficie exterior trasera, en las que la superficie exterior trasera está inclinada con respecto a la superficie exterior delantera. Por ejemplo, en este modo de realización la primera cuchilla 110 helicoidal tiene una región 302 de superficie radialmente exterior que incluye una superficie 304 exterior delantera y una superficie exterior 306 trasera, la segunda cuchilla 112 helicoidal tiene una región 308 de superficie radialmente exterior que incluye una superficie 310 exterior delantera y una superficie 312 exterior trasera, y del mismo modo la tercera, cuarta, quinta y sexta cuchillas helicoidales tienen regiones de superficie exterior radialmente idénticas, cada una con una superficie exterior delantera y una superficie exterior trasera. En este modo de realización, todas las cuchillas 104 helicoidales son idénticas entre sí y, por lo tanto, sólo la primera cuchilla 110 helicoidal se describe con mayor detalle.

En este modo de realización, la superficie 304 exterior delantera es normal a un radio del árbol 102 central, al igual que las superficies exteriores delanteras de las otras cuchillas 104 helicoidales. De forma más particular, en este modo de realización la superficie 304 exterior delantera técnicamente se encuentra en la superficie de un cilindro virtual centrado alrededor del eje 103 central del árbol 102, pero la longitud tangencial de la superficie 304 exterior delantera es una fracción suficientemente pequeña de la circunferencia del cilindro virtual en el que la superficie 304 exterior delantera tiene una forma aproximadamente plana, siendo su plano normal (perpendicular) a una línea virtual que se extiende radialmente hacia afuera desde el eje 103 central del árbol 102.

En este modo de realización, la superficie 306 exterior trasera se inclina radialmente hacia adentro a medida que se extiende alejándose de la superficie 304 exterior delantera. De forma más particular, en este modo de realización la superficie exterior 306 trasera se inclina 20 (veinte) grados radialmente hacia adentro con respecto a la superficie exterior 304 delantera a medida que se extiende alejándose de la superficie exterior 304delantera. De forma más particular aún, en este modo de realización la inclinación de veinte grados de la superficie 306 exterior trasera con respecto a la superficie 304 exterior delantera resulta de una combinación de un ángulo de sesenta grados entre la superficie 306 exterior trasera y las paredes laterales de la primera cuchilla 110 helicoidal que se extienden hacia afuera desde el árbol 102, y un ángulo de diez grados entre las paredes laterales de la cuchilla 110 y una línea virtual radialmente hacia afuera que se extiende desde el árbol 102. En este modo de realización, dado que todo el corte se logra efectivamente mediante la superficie 304 exterior delantera que se apoya contra el cuchillo, no hay necesidad de que la superficie 306 exterior trasera mantenga contacto con el cuchillo y, por lo tanto, la inclinación radial hacia adentro de la superficie 306 exterior trasera evita la fricción y el desgaste innecesarios entre el cuchillo y la superficie exterior trasera.

Con referencia a las figuras 1 y 4, en este modo de realización el árbol 102 central tiene una región extrema izquierda mostrada en general con 402 y una región extrema derecha mostrada en general con 404. En este modo de realización, el molinete 100 de corte incluye un mecanismo 406 anti-hundimiento configurado para acoplarse con un cuchillo de corte flexible (no mostrado) para evitar que el cuchillo se hunda en la trayectoria de un borde delantero de cada una de las cuchillas a medida que gira el molinete. De forma más particular, en este modo de realización el mecanismo 406 anti-hundimiento incluye un disco que se extiende radialmente hacia afuera desde el árbol 102 central en un extremo delantero del árbol 102 en el que cada una de la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales se acopla primero con el cuchillo de corte flexible a medida que gira el molinete. En este modo de realización, el extremo delantero del árbol 102 es la región 402 extrema izquierda del árbol 102.

El cuchillo de corte flexible puede incluir un cuchillo flexible como se describe en cualquiera de, la solicitud de patente estadounidense en tramitación, de propiedad común, No. 15/476,412 presentada el 31 de marzo de 2017, o la solicitud de patente estadounidense en tramitación, de propiedad común, No. 15/796,157 presentada el 27 de octubre de 2017.

En este modo de realización, las cuchillas 104 helicoidales están orientadas de manera que la región 402 extrema izquierda es el extremo delantero del molinete 100 de corte de cuchillas helicoidales, es decir, el extremo en el que cada una de las cuchillas 104 helicoidales hace contacto por primera vez con el cuchillo de corte a medida que gira el molinete, con el punto de contacto entre la cuchilla y el cuchillo de corte moviéndose luego desde la región 402 extrema izquierda hacia la región 404 extrema derecha a medida que gira el molinete. El mecanismo 406 anti-hundimiento evita que el cuchillo de corte flexible se hunda en la trayectoria de las cuchillas 104 helicoidales en la región 402 extrema izquierda donde las cuchillas se acoplan por primera vez con la superficie del cuchillo de corte, que es la única región donde de otra manera podría ser posible que el cuchillo se hunda y bloquee el camino de las cuchillas 104 helicoidales. Una vez que cada cuchilla se acopla con éxito con el cuchillo de corte flexible en la región 402 extrema izquierda, el punto de contacto entre la cuchilla y el cuchillo se propagará con éxito hacia la región 404 extrema derecha a medida que gira el molinete 100 de corte, y no se requieren más mecanismos anti-hundimiento a lo largo de la longitud del molinete 100 de corte. De forma alternativa, el mecanismo 406 anti-hundimiento puede omitirse en otros modos de realización, tales como modos de realización que emplean cuchillos de corte rígidos en lugar de flexibles, o en otros modos de realización en los que puede incorporarse el mecanismo anti-hundimiento en el propio cuchillo flexible tal como se describe en el documento US15/796,157 citado anteriormente, por ejemplo.

En este modo de realización, en la región 402 extrema izquierda, el árbol 102 central incluye además una región 408 de montaje de rodamiento para montar un rodamiento de bolas radial (no mostrado) en el árbol 102, y una región 410 de accionamiento que tiene una sección transversal en general en forma de D para montar un engranaje de accionamiento o polea (no mostrada) bloqueado rotacionalmente con el árbol 102 para accionar el giro del molinete 100 de corte alrededor del eje 103. En este modo de realización, el árbol 102 incluye además una ranura 412 de retención para recibir una abrazadera u otro anillo de retención (no mostrado) para fijar el rodamiento de bolas radial y el engranaje o polea de accionamiento al árbol 102. De manera similar, en este modo de realización, en la región 404 extrema derecha, el árbol 102 incluye una región 414 de montaje de rodamiento para montar un rodamiento de bolas radial (no mostrado) en el árbol, y una ranura 416 de retención para retener el rodamiento en el árbol 102. Para el funcionamiento del molinete 100 de corte, normalmente se usan rodamientos de bolas radiales fijados a las regiones 408 y 414 de montaje de rodamiento para fijar el molinete 100 de corte a un chasis o carcasa, para permitir el giro libre del molinete 100 de corte con respecto al chasis o carcasa. En este modo de realización, al moverse axialmente hacia adentro desde las regiones 408 y 414 de montaje de rodamiento, el eje 402 tiene dos aumentos de diámetro escalonados, el primero que forma un disco extremo en cada extremo que tiene una longitud axial corta, y el segundo aumento de diámetro escalonado que forma la superficie 106 exterior a la que están soldadas las cuchillas 104 helicoidales y a lo largo de la cual se extienden las trayectorias helicoidales.

Con referencia a las figuras 2, 3 y 5, se describe un método innovador ilustrativo de fabricar el molinete 100 de corte con cuchillas helicoidales. En general, el método innovador implica hacer avanzar un árbol central a través de una abertura del árbol definida a través de una matriz de fabricación, mientras se hace avanzar de forma simultánea una pluralidad de porciones de provisión de cuchilla a través de respectivos canales de cuchilla definidos a través de la matriz de fabricación. Los canales de cuchilla están en ángulo para hacer que las porciones de provisión de cuchilla avancen a lo largo de una trayectoria helicoidal deseada a medida que avanzan a través de la matriz. A medida que las porciones de provisión de cuchilla y el eje avanzan a través de la matriz, el método implica soldar de forma simultánea todas las porciones de provisión de cuchilla al árbol. Este método general se describe con mayor detalle a continuación.

En este modo de realización, el propio árbol 102 puede fabricarse mediante métodos convencionales, como por ejemplo torneado. En este modo de realización, el árbol 102 está compuesto de acero estándar o acero dulce, que tiene un contenido de carbono relativamente bajo. De forma alternativa, se pueden sustituir por otros metales adecuados.

Con referencia a las figuras 3 y 5, en este modo de realización las cuchillas 104 helicoidales están formadas a partir de material de provisión de cuchilla que tiene una sección transversal en forma de paralelogramo en lugar de la sección transversal rectangular utilizada en las técnicas de fabricación convencionales. De forma más particular, el material de provisión de cuchilla utilizado en el presente modo de realización se muestra en general con 502 en la figura 5. En este modo de realización, en cada extremo opuesto, el material 502 de provisión de cuchilla tiene ángulos internos de 60 (sesenta) grados y 120 (ciento veinte) grados en cada lado opuesto. A este respecto, los ángulos del material 502 de provisión de cuchilla se seleccionan para corresponder a la inclinación deseada de la superficie 306 exterior trasera, evitando por tanto ventajosamente la necesidad de mecanizar por separado y formar manualmente la superficie 306 exterior trasera. De forma más particular, en este modo de realización el ángulo de sesenta grados formado en cada esquina aguda del material 502 de provisión de cuchilla, cuando se considera en conjunto con una inclinación de diez grados de toda la cuchilla helicoidal 104 cuando se une al árbol 102, da como resultado una inclinación radialmente hacia dentro de veinte grados de la superficie 306 exterior trasera con respecto a la superficie 304 exterior delantera.

En este modo de realización, el material 502 de provisión de cuchilla está compuesto de acero con alto contenido de carbono y, por tanto, las cuchillas 104 helicoidales del presente modo de realización incluyen acero con alto contenido de carbono. De forma alternativa, se pueden sustituir por otros metales adecuados. En este modo de realización, el material 502 de provisión de cuchilla se corta primero en seis porciones idénticas correspondientes a las seis cuchillas 104 helicoidales. Cada una de las porciones de provisión de cuchilla cortadas es suficientemente larga para extenderse desde la región 402 extrema izquierda hasta la región 404 extrema derecha del molinete 100 de corte una vez que se le ha dado su forma helicoidal para formar una de las cuchillas 104 helicoidales. En este modo de realización, cada una de dichas porciones de provisión de cuchilla cortadas es recta, lineal y alargada, y tiene la forma de sección transversal del material 502 de provisión de cuchilla que se muestra en la figura 5.

A diferencia de un proceso de fabricación convencional típico, en el que cada porción de provisión de cuchilla tendría que moldearse primero manualmente en una cuchilla con forma helicoidal antes de unir la cuchilla al molinete de corte en una etapa de unión posterior separada, en el presente modo de realización todas las seis porciones de provisión de cuchilla están unidas al árbol 102 y se les dan sus formas helicoidales de forma simultánea, en una sola etapa.

Para lograr esto, en el presente modo de realización los extremos del árbol 102 y de las seis porciones de provisión de cuchilla se insertan en una matriz de fabricación (no mostrada). En este modo de realización, la matriz de fabricación tiene en general forma de disco y tiene un canal de árbol central en su centro para alimentar el árbol 102 central a través del mismo. En este modo de realización, la matriz de fabricación también tiene una pluralidad de canales de cuchilla dispuestos de manera alternada con una pluralidad de sopletes de soldadura, dispuestos en una disposición circunferencial alternada alrededor del canal del árbol central, para formar las porciones de provisión de cuchilla en sus formas helicoidales deseadas mientras de forma simultánea se sueldan al árbol 102.

Con referencia a las figuras 2, 3 y 5, en este modo de realización la pluralidad de canales de cuchilla de la matriz de fabricación incluye seis canales de cuchilla, uno para cada una de las seis cuchillas 104 helicoidales que se van a formar. Los seis canales de cuchilla están dispuestos a intervalos angulares iguales alrededor del árbol 102. En este modo de realización, cada uno de los canales de cuchilla tiene tanto un ángulo radial con respecto a una línea radial desde el eje 103 central como un ángulo axial con respecto al propio eje 103, como se expone a continuación.

Con respecto al ángulo radial de cada cuchilla, en este modo de realización cada uno de los canales de cuchilla de la matriz de fabricación está en ángulo con respecto a una línea radial que se extiende desde el eje 103, de modo que dentro de cualquier sección transversal dada del molinete 100 de corte que sea normal a su eje, el extremo radialmente distal de la cuchilla en su región 302 de superficie radialmente exterior y el eje 103 central del árbol 102 no son colineales con el extremo radialmente proximal de la cuchilla donde se encuentra con la superficie 106 exterior del eje. De forma más particular, como se ve mejor en la figura 2, en este modo de realización la primera cuchilla 110 helicoidal está inclinada aproximadamente 10 (diez) grados en la dirección de giro del molinete 100 de corte (en el sentido contrario a las agujas del reloj como se ve en la figura 2), de modo que la región 302 de superficie radialmente exterior de la primera cuchilla 110 helicoidal se disponga diez grados por delante del extremo radialmente proximal de la cuchilla 110 en el que la cuchilla 110 está unida al árbol 102 central a lo largo de la primera trayectoria 108 helicoidal, a medida que gira el molinete 100 de corte.

Con respecto al ángulo axial de los canales de cuchilla, en este modo de realización cada uno de los canales de cuchilla está en ángulo alejado de la dirección axial del árbol 102, de modo que cada porción de provisión de cuchilla se extiende a través de la matriz de fabricación en una dirección que tiene tanto un componente axial paralelo al eje 103 como un componente circunferencial que gira alrededor del eje 103. De forma más particular, en este modo de realización cada uno de los canales de cuchilla dirige la provisión de cuchilla en un ángulo equivalente al ángulo formado entre la primera trayectoria 108 helicoidal y una línea axial virtual que discurre sobre la superficie 106 exterior del árbol 102, para provocar que cada una de las seis porciones de material 502 de provisión de cuchilla defina una trayectoria helicoidal que tiene la misma forma que la primera trayectoria 108 helicoidal cuando se fuerza a través de su correspondiente canal de cuchilla en la matriz de fabricación. Se recordará que en este modo de realización, la primera trayectoria 108 helicoidal y las otras cinco trayectorias helicoidales deseadas de las otras cinco cuchillas completan cada una 1,5 rotaciones (540 grados) alrededor del eje 103 central a medida que atraviesan la longitud del árbol 102 desde la región 402 extrema izquierda a la región 404 extrema derecha del mismo.

En este modo de realización, la matriz de fabricación incluye además una pluralidad de abrazaderas configuradas para aplicar una fuerza radialmente hacia adentro a las porciones de provisión de cuchilla cuando son empujadas a través de la matriz de fabricación. De forma más particular, en este modo de realización la matriz de fabricación incluye seis abrazaderas neumáticas, cada una configurada para empujar una correspondiente porción de provisión de cuchilla radialmente hacia adentro contra el árbol 102 central a medida que la provisión de cuchilla pasa axialmente a través de su respectivo canal de cuchilla en la matriz. De forma alternativa, se pueden sustituir por otros medios adecuados para empujar la provisión de cuchilla contra el árbol.

Como se señaló anteriormente, en este modo de realización la pluralidad de canales de cuchilla está dispuesta de manera alternada con una pluralidad de sopletes de soldadura. De forma más particular, en este modo de realización la pluralidad de sopletes de soldadura incluye seis sopletes de soldadura de tungsteno-gas inerte (TIG), cada uno configurado para generar un arco de plasma de alta temperatura para soldar de forma autógena cada porción de provisión de cuchilla al árbol 102 central. En este modo de realización, uno de los primeros sopletes de soldadura TIG se sitúa de manera que la trayectoria de arco más corta desde su punta de tungsteno conduzca a una posición en la superficie 106 exterior inmediatamente adyacente a la primera trayectoria 108 helicoidal para la primera cuchilla 110 helicoidal, y de la misma manera los cinco sopletes de soldadura TIG restantes se colocan de modo que las trayectorias de arco más cortas desde sus respectivas puntas conduzcan a posiciones en la superficie 106 exterior inmediatamente adyacentes a las trayectorias helicoidales deseadas de las otras cuchillas 104 helicoidales. Esta configuración entrega algo más de energía térmica al árbol 102 que al material 502 de provisión de cuchilla, pero el árbol 102 tiene una capacidad calorífica volumétrica mayor que el material 502 de provisión de cuchilla debido a su mayor masa y, por lo tanto, esta configuración tiende a equilibrar idealmente las cantidades de energía térmica entregadas a la superficie 106 exterior del árbol 102 y al material 502 de provisión de cuchilla para lograr la soldadura autógena del material de provisión de cuchilla y el árbol.

Por lo tanto, para darles las formas deseadas a las porciones de material 502 de provisión de cuchilla mientras se unen de forma simultánea las cuchillas al árbol 102, en este modo de realización los extremos de las seis porciones de material 502 de provisión de cuchilla y del árbol 102 se insertan primero en la matriz de fabricación, después de lo cual las seis cuchillas 104 se sueldan de forma simultánea directamente al árbol 102. En el presente modo de realización, la soldadura incluye comprimir las porciones de provisión de cuchilla contra el árbol mientras se sueldan de forma autógena continuamente las porciones de provisión de cuchilla al árbol. Para lograr esto, en este modo de realización las abrazaderas de la matriz de fabricación (que en este modo de realización son neumáticas) se activan para aplicar una fuerza radialmente hacia adentro a las porciones de material 502 de provisión de cuchilla, para presionar el material de provisión de cuchilla radialmente hacia adentro contra el árbol 102 central a medida que el material de provisión de cuchilla y el árbol avanzan a través de la matriz. En este modo de realización, para soldar las cuchillas 104 al árbol 102, los seis sopletes de soldadura TIG y un sistema activo de enfriamiento de circulación de agua (no mostrado) para enfriar la matriz durante la soldadura se activan de forma simultánea a medida que las seis porciones de material 502 de provisión de cuchilla y el árbol 102 avanzan a través de la matriz de fabricación. El avance del material 502 de provisión de cuchilla y el árbol 102 puede motorizarse o automatizarse de otra manera, o de forma alternativa puede lograrse manualmente. A medida que el árbol 102 y las seis porciones de material 502 de provisión de cuchilla se hacen avanzar a través de la matriz, los canales de cuchilla de la matriz de fabricación hacen que las seis porciones de material 502 de provisión de cuchilla avancen a lo largo de sus trayectorias helicoidales deseadas a lo largo de la superficie 106 exterior, mientras que los seis sopletes de soldadura TIG sueldan de forma simultánea las porciones de material de provisión de cuchilla a la superficie 106 exterior del árbol 102 a lo largo de las trayectorias helicoidales deseadas, entregando suficiente energía térmica para fundir tanto la superficie 106 exterior como el material 502 de provisión de cuchilla en su punto de contacto entre sí, soldando por tanto de forma autógena el material 502 de provisión de cuchilla al árbol 102 a lo largo de las trayectorias helicoidales deseadas. El árbol y seis porciones de provisión de cuchillas continúan alimentándose a través de la matriz de fabricación hasta que las seis cuchillas 104 helicoidales se hayan formado y soldado de forma autógena continuamente al árbol 102 central a lo largo de sus trayectorias helicoidales deseadas.

Ventajosamente, debido a que la soldadura del presente modo de realización implica la soldadura simultánea mediante seis sopletes de soldadura TIG (o más en general una pluralidad de sopletes de soldadura) dispuestos en posiciones angulares iguales alrededor del eje 103 central del árbol 102, el árbol 102 se calienta de una manera aproximadamente simétrica desde todos los lados en cualquier momento dado, lo que tiende a reducir significativamente la probabilidad de que el proceso de soldadura pueda alabear de forma no deseada el árbol 102. Por lo tanto, el calentamiento simétrico del presente modo de realización tiende a superar el obstáculo tradicional percibido para la soldadura directa de las cuchillas al árbol, es decir, el temor de que los métodos de fabricación convencionales dieran como resultado un calentamiento diferencial en un lado del árbol a la vez causando que el árbol se alabee, un temor que se basaba en la suposición de que las cuchillas se unirían secuencialmente al árbol en lugar de la fijación simultánea del presente modo de realización.

Por lo tanto, el proceso de fabricación novedoso descrito anteriormente proporciona ventajosamente al molinete 100 una distribución de masa rotacionalmente equilibrada. La distribución de masa rotacionalmente equilibrada del presente modo de realización no resulta de un árbol 102 perfectamente homogéneo, sino más bien de la simetría de giro alrededor del eje 103 central de cualquier falta de homogeneidad que pueda surgir. De forma más particular, en este modo de realización la distribución de masa equilibrada rotacionalmente del molinete 100 incluye una pluralidad de faltas de homogeneidad distribuidas simétricamente alrededor del eje 103 central del árbol 102 central, la pluralidad de faltas de homogeneidad que se forma mediante la soldadura simultánea mencionada anteriormente de todas las cuchillas de la pluralidad de cuchillas 104 directamente al árbol 102 central. De forma aún más particular, en este modo de realización la pluralidad de faltas de homogeneidad incluye una pluralidad de soldaduras distribuidas simétricamente alrededor del eje 103 central del árbol 102 central, formadas por la soldadura simultánea mencionada anteriormente de todas las cuchillas de la pluralidad de cuchillas 104 directamente al árbol 102 central.

En este modo de realización, en el que las cuchillas 104 helicoidales se han soldado de forma autógena continuamente directamente al árbol 102 central, cada una de las soldaduras se extiende de forma continua a lo largo de una respectiva de las trayectorias helicoidales de las cuchillas 104 helicoidales, tal como la trayectoria 108 helicoidal de la primera cuchilla 110 helicoidal, en la superficie 106 exterior del árbol 102 central. Cada una de las soldaduras del presente modo de realización incluye una región de la superficie 106 exterior del árbol 102 central en la que el material del árbol se ha fundido de forma autógena junto con el material de una de las cuchillas 104 helicoidales. Por lo tanto, en este modo de realización el árbol 102 central tiene seis faltas de homogeneidad de este tipo que comprenden las seis soldaduras respectivas que se extienden a lo largo de las seis trayectorias helicoidales respectivas de las seis cuchillas 104 helicoidales. Sin embargo, en este modo de realización las faltas de homogeneidad resultan de la soldadura simultánea en posiciones angulares rotacionalmente simétricas alrededor del árbol 102 central, correspondientes a las posiciones angulares dentro de la matriz de fabricación de los seis sopletes de soldadura TIG. Por tanto, en la medida en que cada soldadura pueda representar diferencias localizadas de densidad y/o composición en su posición circunferencial con respecto al material circundante del árbol inmediatamente adyacente a la soldadura, la distribución angular uniforme y simétrica de las soldaduras alrededor del eje 103 central garantiza que cualquier falta de homogeneidad localizada a lo largo de las soldaduras se anule entre sí durante la operación y no dé como resultado un desequilibrio de giro del árbol 102 central.

Por el contrario, no habría sido posible soldar de forma continua las cuchillas directamente al árbol de un molinete de corte usando técnicas de fabricación convencionales que implican unir las cuchillas al árbol secuencialmente en lugar de simultáneamente. Si se intentara soldar de forma continua de manera autógena solo una de las cuchillas 104 helicoidales directamente al árbol 102, tal como soldar solo la primera cuchilla 110 helicoidal sin las otras cinco cuchillas 104, dicha soldadura daría como resultado un gran diferencial de temperatura entre la trayectoria 108 helicoidal a lo largo de la cual se está soldando la cuchilla 110 y las porciones adyacentes del árbol. Adiferencia de la situación que surgiría con el método de fabricación innovador anterior, este gran aumento de temperatura en un lado del árbol 102 no se equilibraría con otros aumentos de temperatura igualmente grandes en otras ubicaciones distribuidas simétricamente alrededor del eje 103, y por lo tanto daría como resultado una expansión térmica significativa de la superficie 106 exterior del árbol 102 central en el lado en el que la cuchilla se está soldando a la trayectoria 108 helicoidal, con respecto a otras regiones más frías de la superficie 106 exterior, incluido el lado opuesto de la trayectoria 108 helicoidal, por lo tanto provocando que la superficie 106 exterior se alabee y se deforme. Después de soldar incluso una sola cuchilla al árbol 102, el árbol quedaría demasiado deformado para el funcionamiento adecuado del molinete de corte. Intentar soldar cuchillas adicionales secuencialmente al árbol deformado normalmente agravaría en lugar de mitigar la deformación inicial, porque el proceso de soldadura posterior se produciría sobre un árbol que ahora tiene una forma diferente a su forma cilíndrica inicial.

Con referencia a las figuras 3 y 5, en este modo de realización, una vez que las seis cuchillas 104 helicoidales se han soldado de forma autógena continuamente al árbol a lo largo de sus respectivas trayectorias helicoidales, la región 302 de superficie radialmente exterior de la primera cuchilla 110 helicoidal se rectifica para formar la superficie 304 exterior delantera y las regiones radialmente exteriores de las otras cuchillas 104 helicoidales están rectificadas de manera similar. De forma más particular, en este modo de realización dicho rectificado se logra accionando un giro de velocidad relativamente alta (por ejemplo, 1750 rpm) del molinete 100 de corte para provocar que una superficie 504 radialmente distal del material de provisión de cuchilla se rectifique contra una superficie de rectificado (no mostrada), para rectificar una porción de una punta 506 radialmente distal del material 502 de provisión de cuchilla. El rectificado resultante forma la superficie 304 exterior delantera de la primera cuchilla 110 helicoidal y las superficies exteriores delanteras similares de las otras cuchillas 104 helicoidales, cada una de las superficies exteriores delanteras que se dispone sobre la superficie del mismo cilindro virtual que rodea el eje 103. Dado que la extensión angular circunferencial de cada superficie 304 exterior delantera es pequeña en comparación con la circunferencia del cilindro virtual sobre el que se encuentran, cada superficie exterior delantera forma una forma aproximadamente plana, normal a una línea radial virtual que se extiende radialmente hacia afuera desde el eje 103 central.

En este modo de realización, el árbol 102 central y la pluralidad de cuchillas 104 helicoidales están nitrurados. De forma más particular, en el presente modo de realización, después de que se hayan formado las superficies exteriores delanteras de las seis cuchillas 104 helicoidales, el molinete 100 de corte con cuchillas helicoidales se nitrura en baño de sal, para difundir nitrógeno en las superficies de las cuchillas 104 helicoidales y del árbol 102, para crear superficies exteriores cementadas de las cuchillas y del árbol.

Alternativas

Con referencia a las figuras 1, 3 y 6, aunque el modo de realización descrito anteriormente implicó que cada una de las cuchillas 104 helicoidales estuviera soldada de forma autógena a la superficie 106 exterior del árbol, de forma alternativa, cada una de las cuchillas 104 helicoidales puede soldarse directamente al árbol 102 central utilizando un material de relleno. Por lo tanto, con referencia a la figura 6, en un modo de realización alternativo, la primera trayectoria 108 helicoidal incluye una trayectoria helicoidal soldada a lo largo de la cual está soldada de forma continua la primera cuchilla 110 helicoidal a la superficie 106 exterior del árbol 102 usando un material 602 de relleno apropiado. Por ejemplo, las cuchillas 104 helicoidales pueden soldarse de forma continua al árbol 102 mediante soldadura de metal-gas inerte (MIG), utilizando un electrodo de alambre consumible de la soldadora MIG como material 602 de relleno. Por lo tanto, en modos de realización que están soldados con un material de relleno, cada una de las soldaduras (expuestas anteriormente en conexión con las faltas de homogeneidad rotacionalmente simétrica del molinete) puede incluir una región de la superficie 106 exterior del árbol 102 central en la que el material del eje central ha sido soldado con el material de relleno. En modos de realización soldados de forma continua, cada una de dichas regiones puede ser coextensiva con una respectiva de las trayectorias helicoidales de las cuchillas 104 helicoidales. Dado que las trayectorias helicoidales están distribuidas simétricamente alrededor del eje 103 central, las soldaduras también están distribuidas simétricamente alrededor del eje central y, por lo tanto, anulan los efectos de cada una y no dan como resultado un desequilibrio de giro del árbol 102. De forma alternativa, como se señaló anteriormente, en otros modos de realización las soldaduras que utilizan material de relleno pueden incluir soldaduras por puntos.

Con referencia a las figuras 1, 3 y 7, aunque los modos de realización descritos anteriormente implicaron que cada una de las cuchillas 104 helicoidales estuviera soldada de forma continua a la superficie 106 exterior del árbol 102, de forma alternativa cada una de las cuchillas 104 helicoidales puede soldarse por puntos directamente al árbol 102 central en su lugar. Por lo tanto, con referencia a la figura 7, en un modo de realización alternativo, la primera trayectoria 108 helicoidal incluye una trayectoria helicoidal soldada por puntos a lo largo de la cual la primera cuchilla 110 helicoidal está soldada a la superficie 106 exterior del árbol 102 en una pluralidad de puntos tales como aquellos mostrados con 702, a intervalos dispuestos separados a lo largo de toda la longitud de la primera trayectoria 108 helicoidal. En algunos de estos modos de realización, los puntos 702 son soldaduras por puntos que utilizan material de relleno, tales como soldaduras MIG que utilizan el electrodo de alambre consumible de la soldadora MIG como material de relleno. En otros modos de realización similares, los puntos 702 son, en cambio, puntos de soldadura autógenos; para dichos modos de realización, el método de fabricación descrito anteriormente en conexión con el modo de realización de las figuras 1-5 se puede variar de modo que los sopletes de soldadura se activen y desactiven de forma simultánea de forma intermitente en lugar de continuamente a medida que la provisión de cuchilla y el árbol avanzan a través de la matriz de fabricación, para lograr una soldadura autógena intermitente (por puntos). Ventajosamente, dado que todos los sopletes de soldadura se activan de forma simultánea para cada ubicación de soldadura por puntos separados axialmente, cualquier falta de homogeneidad resultante de las soldaduras por puntos se distribuye de nuevo simétricamente alrededor del eje 103 de modo que sus efectos se anulan entre sí y no dan como resultado un desequilibrio de giro neto del árbol 102. En dichos modos de realización, la pluralidad de faltas de homogeneidad incluye una pluralidad de soldaduras, que a su vez incluye una pluralidad de grupos de soldaduras, cada grupo que corresponde a una respectiva de la pluralidad de cuchillas 104, cada grupo que incluye una pluralidad de soldaduras discretas a intervalos dispuestos separados entre sí a lo largo de una correspondiente de las trayectorias helicoidales en la superficie 106 exterior del árbol 102, cada soldadura discreta que se ha formado soldando por puntos la respectiva cuchilla 104 al árbol 102. Cada una de estas soldaduras está distribuida simétricamente con las correspondientes soldaduras de los otros grupos en la misma posición axial a lo largo de un tramo del árbol central.

En otros modos de realización, el número de cuchillas 104 helicoidales puede variar. Del mismo modo, el número de vueltas alrededor del eje 103 central que cada cuchilla 104 completa a lo largo del árbol 102 también puede variar. Las técnicas de fabricación convencionales normalmente requieren que las cuchillas se preformen en forma helicoidal antes de unirlas al eje, y normalmente se limitan a no más de aproximadamente tres cuartos de vuelta alrededor del eje 103 central para cada una de las cuchillas. Por el contrario, el método de fabricación descrito anteriormente no está obstaculizado por la necesidad convencional de preformar las cuchillas en hélices, y es susceptible de formas de cuchilla helicoidales enrolladas mucho más apretadas que las que se podían lograr tradicionalmente, incluidas formas enrolladas más apretadas que las cuchillas 104 helicoidales de 1,5 vueltas del modo de realización principal descrito anteriormente. Para hélices más apretadas (más vueltas por unidad de longitud), la matriz de fabricación del modo de realización descrito anteriormente se puede reemplazar con una cuyos canales de cuchilla desvíen las cuchillas alejándose de la dirección axial a medida que avanzan a través de la matriz, lo que da como resultado una trayectoria helicoidal cuyo componente circunferencial es una fracción proporcionalmente mayor de su componente axial en cualquier punto dado. Por el contrario, para hélices más sueltas (menos vueltas por unidad de longitud), la matriz de fabricación se puede reemplazar con una cuyos canales de cuchilla no desvíen las cuchillas tan lejos de la dirección axial a medida que avanzan a través de la matriz, lo que da como resultado una trayectoria helicoidal cuyo componente circunferencial es una fracción proporcionalmente menor de su componente axial.

La angulación radial de las cuchillas también puede variar, si se desea. Por ejemplo, en algunos de estos modos de realización se omite el desfase radial del ángulo de la cuchilla y cada cuchilla 104 helicoidal apunta radialmente alejándose del árbol 102, dentro de cualquier sección transversal normal al eje 103 del árbol.

Con referencia de nuevo a la figura 3, en modos de realización alternativos, la superficie 306 exterior trasera puede tener una inclinación radialmente hacia adentro más pronunciada o menos profunda con respecto a la superficie 304 exterior delantera. En algunos de estos modos de realización, la inclinación es cero: efectivamente, en los últimos modos de realización, la región 302 radialmente exterior no está dividida en superficies 304 y 306 exteriores delanteras y traseras separadas, sino que más bien consiste en una única superficie aproximadamente plana (técnicamente arqueada) que corresponde a la orientación de la superficie 304 exterior delantera, normal a una línea de radio virtual que se extiende radialmente hacia afuera desde el árbol 102, pero extendida a través del espesor de la cuchilla.

En algunos modos de realización, los molinetes de corte con cuchillas helicoidales innovadores descritos en el presente documento pueden fabricarse mediante métodos distintos al método innovador descrito en el presente documento.

En algunos modos de realización, el método innovador descrito en el presente documento se puede utilizar para fabricar molinetes de corte con cuchillas helicoidales distintos de los descritos en el presente documento.

Además de los modos de realización descritos anteriormente, se contempla que una o más características de cualquier modo de realización particular puedan combinarse con una o más características de cualquier otro modo de realización, excepto cuando dichas características se hayan descrito como alternativas mutuamente excluyentes.

De manera más general, si bien se han descrito e ilustrado modos de realización específicos de la invención, dichos modos de realización deberían considerarse ilustrativos de la invención únicamente y no limitativos de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales que comprende:

- un árbol (102) central que tiene un eje (103) central de giro, y

- una pluralidad de cuchillas (104) helicoidales,

- cada una de las cuchillas (104) helicoidales se extiende a lo largo de una trayectoria helicoidal respectiva en una superficie (106) exterior del árbol (102) central, en donde una dirección de cada respectiva trayectoria helicoidal tiene tanto un componente axial como un componente circunferencial con respecto al eje (103) central del árbol (102) central a medida que se extiende a través de la superficie (106) exterior del árbol (102) central,

- cada una de las cuchillas (104, 110, 112) helicoidales tiene una superficie (304, 310) exterior delantera que define un borde de corte helicoidal configurado para apoyarse contra un cuchillo de corte,

caracterizado por que:

cada una de las cuchillas (104) helicoidales está soldada directamente al árbol (102) central.

2. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde todas las cuchillas (104) helicoidales están o bien

- soldadas de forma continua directamente al árbol (102) central, o

- soldadas de forma autógena directamente al árbol (102) central.

3. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde cada una de las cuchillas (104) helicoidales está soldada de manera autógena continuamente directamente al árbol (102) central.

4. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde el molinete (100) tiene una distribución de masa rotacionalmente equilibrada que comprende una pluralidad de soldaduras distribuidas simétricamente alrededor del eje (103) central del árbol (102) central, la pluralidad de soldaduras que se han formado mediante soldadura simultánea de todas las cuchillas de la pluralidad de cuchillas (104) directamente al árbol (102) central.

5. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 3, en donde cada una de las soldaduras comprende una región en la que el material del árbol (102) central se ha fundido de forma autógena junto con el material de una de las cuchillas (104) helicoidales.

6. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, que comprende además un mecanismo (406) anti-hundimiento configurado para acoplarse con un cuchillo de corte flexible para evitar que el cuchillo se hunda en una trayectoria del borde de corte helicoidal de cada una de las cuchillas (104) a medida que gira el molinete (100).

7. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 6, en donde el mecanismo (406) anti hundimiento comprende un disco que se extiende radialmente hacia afuera desde el árbol (102) central en un extremo delantero del árbol (102) en el que cada una de la pluralidad de cuchillas (104) helicoidales se acopla primero con el cuchillo de corte flexible a medida que gira el molinete (100).

8. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de cuchillas (104) helicoidales comprende entre dos y quince cuchillas helicoidales.

9. El molinete (104) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de cuchillas (104) helicoidales comprende seis cuchillas (110, 112, 114, 116, 118, 120) helicoidales.

10. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde cada una de las respectivas trayectorias helicoidales se extiende durante al menos una revolución, preferiblemente al menos una revolución y media alrededor del eje (103) central del árbol (102) central a lo largo de la longitud axial del árbol (102) central.

11. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde cada una de las cuchillas (104) helicoidales comprende acero con alto contenido de carbono.

12. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde el árbol (102) central y la pluralidad de cuchillas (104) helicoidales están nitrurados.

13. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde una región (302, 308) de superficie radialmente exterior de cada una de las cuchillas (104, 110, 112) helicoidales comprende una superficie (304, 310) exterior delantera y una superficie (306, 312) exterior trasera, en donde la superficie (304, 310) exterior delantera es normal a un radio del árbol (102) central, y en donde la superficie (306, 312) exterior trasera se inclina 20 grados radialmente hacia adentro con respecto a la superficie (304, 310) exterior delantera a medida que se extiende alejándose de la superficie (304, 310) exterior delantera.

14. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 1, en donde todas las cuchillas (104) helicoidales están o bien

- soldadas por puntos directamente al árbol (102) central, o.

- soldadas directamente al árbol (102) central mediante un material de relleno.

15. El molinete (100) de corte con cuchillas helicoidales de la reivindicación 3, en donde la pluralidad de soldaduras comprende una pluralidad de grupos de soldaduras, cada grupo que corresponde a una cuchilla respectiva de la pluralidad de cuchillas (104), cada grupo que comprende una pluralidad de soldaduras discretas en intervalos dispuestos separados a lo largo de una correspondiente de las trayectorias helicoidales en la superficie (106) exterior del árbol (102), cada soldadura discreta que se ha formado soldando por puntos la respectiva cuchilla (104) al árbol (102), en donde cada una de las soldaduras está distribuida simétricamente con las soldaduras correspondientes de los otros grupos en la misma posición axial a lo largo de una longitud del árbol (102) central.