ES2965963T3

ES2965963T3 - Método y aparato para la expulsión de una tubería enrollada de manera helicoidal desde un mandril

Info

Publication number: ES2965963T3
Application number: ES17190115T
Authority: ES
Inventors: Anders Nystrand; Antti Koivula; Alpo Siekkinen; Janusz Swistek
Original assignee: Uponor Infra Oy
Current assignee: Uponor Infra Oy
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: WO2019048741A1; EP3453518A1; EP3453518B1; EP3453518C0; HRP20240138T1; RS65108B1; PL3453518T3; AR113045A1

Abstract

Según la presente invención, se proporciona un método y un aparato para expulsar una sección de tubería enrollada helicoidalmente desde un mandril (5), en donde el mandril (5) tiene un eje longitudinal alrededor del cual gira y una superficie exterior cilíndrica alrededor de la cual se enrolla el perfil que forma el tramo de tubo. El método comprende las etapas de cortar el perfil que se enrolla en el mandril (5) para formar un extremo de la sección de tubería, empujar al menos un elemento eyector contra el extremo de la sección de tubería, mantener estacionario al menos un elemento eyector en la dirección del eje longitudinal del mandril (5) y girar el mandril (5) y la sección de tubería en la misma dirección en la que el perfil está enrollado en el mandril. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para la expulsión de una tubería enrollada de manera helicoidal desde un mandril

Campo

La invención se refiere a la fabricación de tuberías y recipientes de poliolefina enrollados en espiral.

Antecedentes

Las tuberías de poliolefina enrolladas en espiral se utilizan en diversos sistemas de infraestructura para distribución de agua, drenaje, energía, electricidad o cualquier otro propósito donde se necesitan canales de flujo o protección del medio ambiente. Se pueden encontrar usos similares en la industria y en otros campos de la tecnología. La tubería enrollada en espiral puede tener un diámetro muy grande y la resistencia de la tubería se puede ajustar para una amplia variedad de propósitos. El método de fabricación es adecuado tanto para fabricar recipientes como para tuberías. Las tuberías o recipientes enrollados en espiral se fabrican enrollando un perfil de plástico alrededor de un mandril a modo de espiral. Cuando el perfil se enrolla en el mandril, el borde del perfil entrante se fusiona en la ronda anterior del perfil para formar una...

La fusión de las rondas del perfil entre sí se realiza comúnmente soldando o calentando de otro modo las superficies que están unidas. Alternativamente, el perfil que se enrolla sobre el mandril se puede extruir o calentar lo suficiente para proporcionar la fusión de los bordes del perfil entre sí.

Una vez finalizada la producción, queda una pieza de tubería en el mandril. La longitud de la tubería restante varía entre 1 y 2 m dependiendo del diámetro de la tubería fabricada y del tipo de enrolladora utilizada. Esta parte restante se corta y se manipula como desperdicio. Este denominada desperdicio de parada aumenta el consumo de material y el trabajo necesarios para producir una determinada longitud de tubería y aumenta los costes de fabricación. El aumento de los costes y la pérdida de tiempo en la fabricación hacen inviables las tiradas de producción cortas, lo que reduce la flexibilidad de la fabricación. Estos factores se ponen de relieve en la fabricación de prefabricados para recipientes. Como la longitud de un prefabricado suele ser de 2 a 5 m, la pérdida de 1 a 2 metros de material fabricado genera costes elevados. Esto se ve reforzado por el hecho de que la fabricación de tuberías o recipientes enrollados en espiral requiere bastante tiempo, por lo que el aporte productivo utilizado es notable.

El documento US 4 080 142 describe un aparato de bobinado para fabricar un artículo tubular que incluye un empujador para retirar el artículo de un mandril.

Compendio de la invención

La invención se define por las características de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones específicas están definidas en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La FIGURA 1 ilustra una enrolladora para producir una tubería enrollada en espiral y un expulsor;

la FIGURA 2 es una vista frontal de la enrolladora de la FIGURA 1;

la FIGURA 3 es una vista lateral de la enrolladora de la FIGURA 1;

la FIGURA 4 ilustra un detalle de la FIGURA 1;

la FIGURA 5 ilustra la enrolladora de la FIGURA 1 en una segunda configuración;

la FIGURA 6 ilustra la enrolladora de la FIGURA 1 en una tercera configuración;

la FIGURA 7 ilustra un aparato de ejemplo de la FIGURA 1.

Realizaciones

Definiciones

En el presente contexto, el término "sección de tubería" se utiliza para describir cualquier objeto hecho de perfil de poliolefina enrollado en espiral, por ejemplo tuberías, recipientes, prefabricados y partes de los mismos.

El eje central longitudinal del mandril es el eje alrededor del cual se puede girar el mandril cilíndrico, es decir, el eje central del cilindro que forma el mandril.

Un ejemplo de un aparato para fabricar tuberías enrolladas en espiral se describe en el documento US 6939422. Este documento se puede utilizar como referencia si se necesita una descripción más detallada del método de fabricación como tal.

La presente divulgación se refiere a la fabricación de tuberías de poliolefina enrolladas en espiral, en particular a expulsar la parte restante de la tubería fuera del mandril después de finalizar la producción de un tamaño de tubería. Una vez finalizado el ciclo de producción de un tamaño definido de tubería, queda una pieza de tubería en el mandril. La longitud de la pieza restante de tubería varía, por ejemplo, entre 1 y 2 m, dependiendo del diámetro de la tubería y del tipo de enrolladora. Esta parte restante se corta y se manipula como desperdicio. Dado que los tamaños de las tuberías suelen ser bastante grandes, la cantidad de material reciclado es elevada. Este llamado desperdicio de parada se puede reducir mediante las realizaciones de la invención. La reducción de la cantidad de desperdicio también hará que las tiradas de producción más cortas sean más factibles. La mayor viabilidad de tiradas de producción más cortas puede dar lugar a plazos de entrega más cortos para ciertos productos prefabricados, tales como los prefabricados para recipientes. Los clientes de los fabricantes tendrán un claro beneficio económico. También se consiguen beneficios medioambientales mediante la reducción de desechos mediante las diversas realizaciones de la invención.

En determinadas circunstancias, el expulsor comprende dos unidades idénticas situadas en la estrella enrolladora y que trabajan en lados opuestos de la tubería. Las unidades expulsoras están dispuestas para empujar la tubería fabricada fuera del mandril hasta que la tubería esté separada del mandril. Las partes principales de cada unidad son el rodillo de contacto, el gato de tornillo, el motor/caja de cambios del gato y el marco de ajuste/soporte. El principio de funcionamiento consiste en que la rotación de la enrolladora (rotación del mandril y la sección de la tubería que se encuentra sobre él) de la tubería enrollada en espiral funciona como un tornillo cuando gira y es empujada hacia adelante por la fuerza contra los rodillos expulsores. Los rodillos expulsores son accionados hacia delante por el gato de tornillo después de pasar el extremo del perfil de la tubería en cada vuelta. Las fuerzas de los rodillos expulsores y de los gatos de tornillo se transfieren al marco de la enrolladora a través del marco de ajuste/soporte. La posición de las unidades se ajusta según el tamaño del mandril moviendo el marco de ajuste/soporte hacia dentro o hacia fuera desde el centro del mandril.

La FIGURA 1 ilustra una enrolladora para producir una tubería enrollado en espiral y un expulsor de acuerdo con al menos algunas realizaciones de la presente invención. La enrolladora tiene un bastidor 1 en el que se apoya una estrella de enrolladora 2. La estrella de enrolladora 2 tiene varios radios 3, sobre los cuales están montados rodillos de soporte radiales 4. La posición de los rodillos de soporte radiales 4 en los radios se puede ajustar radialmente en relación al centro de la estrella de enrollamiento 2. La posición radial de los rodillos de soporte radiales 4 se ajusta según el diámetro de la tubería que se fabrica. El mandril 5 gira con el eje principal en el centro de la estrella enrolladora 2. La enrolladora ajusta el mandril para que gire. El mandril ajusta el diámetro interior de la tubería. Durante el proceso de fabricación, la tubería de poliolefina que está formada por un perfil enrollado alrededor del mandril 5, se contrae y produce una fuerte compresión entre la tubería y el mandril. La fuerza de contracción se dirige sobre una gran superficie, por lo que la fuerza total es alta, manteniendo la tubería sobre el mandril. Por otra parte, el borde del extremo de la tubería que se fabrica todavía puede estar blando debido al calor necesario para fusionar las sucesivas rondas de perfil entre sí para formar la tubería. La retirada de la pieza restante de tubería requiere algo de fuerza para superar la fricción entre el mandril y la tubería. Al mismo tiempo se debe evitar la deformación del extremo de la tubería.

La retirada o expulsión de la sección de tubería que queda en el mandril 5 al final del ciclo de producción se puede conseguir mediante diversas realizaciones de la invención. La unidad expulsora 6 comprende un marco de ajuste/soporte formado por una placa de sujeción del expulsor 7 que está montada entre dos radios adyacentes 3 de la estrella de enrollamiento 2. La placa de sujeción del expulsor 7 tiene dos partes de placa y un espacio entre ellas. Los bordes del espacio están equipados con railes de ajuste 8. El cuerpo principal de la unidad expulsora, un carro de ajuste radial del expulsor 9, está montado de forma transferible en los railes de ajuste 8. El carro de ajuste radial del expulsor 9 se puede mover sobre los railes de ajuste 8 de modo que su posición radial con relación al centro de la estrella de enrollamiento 2 se puede ajustar para que corresponda con el diámetro del mandril 5 utilizado y el tamaño de tubería que se fabrica. El ajuste de la posición del carro de ajuste radial del expulsor 9 se puede realizar mediante un volante 10 y un tornillo, pero la solución más factible podría ser un actuador eléctrico, neumático o hidráulico que se pueda controlar de forma remota o directa mediante el sistema operativo de la enrolladora.

Los elementos de empuje reales del expulsor comprenden un conjunto de gato de tornillo 11 que está montado en el carro de ajuste radial del expulsor 9 y se extiende paralelo al eje longitudinal del mandril 5 (y a la estrella enrolladora 2) entre los radios 3 de la estrella enrolladora 2. El conjunto de gato de tornillo es operado por una unidad de motor/caja de engranajes 15. El extremo del conjunto de gato de tornillo 11 comprende un rodillo expulsor 12 que está colocado en una posición transversal con respecto al eje central del mandril 5. El rodillo expulsor 12 está montado para girar libremente alrededor de su eje. El telescopio del rodillo expulsor 13 amplía el rango de ajuste del rodillo expulsor. El conjunto de gato de tornillo se puede sustituir por un actuador hidráulico y el rodillo expulsor se puede sustituir por una zapata expulsora que tenga una superficie de deslizamiento, un conjunto de rodillos paralelos o una correa sostenida por rodillos, por ejemplo.

El principio de funcionamiento del aparato descrito anteriormente se describe a continuación junto con algunas alternativas para diversas partes del aparato.

En primer lugar, la posición de la unidad expulsora 6 se ajusta según el mandril 5 y el tamaño de tubería que se fabrica. Esto se consigue moviendo el conjunto del gato de tornillo 11 con el rodillo expulsor 12 sobre los railes de ajuste 8 moviendo el carro de ajuste radial del expulsor 9. Cuando termina la producción de la tubería, el extremo del perfil que está enrollado en el mandril 5 se corta. El perfil es cortado a mano por un operador o puede estar dispuesto un cortador para el corte automatizado. El extremo del perfil cortado forma un escalón en el extremo de la tubería. Después de cortar el perfil, el rodillo expulsor 12 se puede empujar contra el borde del extremo de la tubería. El rodillo expulsor 12 se bloquea o se mantiene en esta posición. Como el perfil se enrolla en espiral alrededor del mandril 5, el extremo de la tubería no es perpendicular con respecto al eje longitudinal del mandril, sino que está en ángulo según el incremento de la espiral. En otras palabras, el extremo forma parte de una rosca de tornillo. Ahora, cuando el rodillo expulsor se mantiene en la ubicación establecida mediante el conjunto de gato de tornillo 11, la rotación del mandril 5 empuja el extremo de la tubería hacia el rodillo expulsor 12. Cuando el extremo de la tubería forma un ángulo, el rodillo expulsor 12 empuja la tubería en la dirección del eje longitudinal del mandril según el incremento del ángulo del extremo de la tubería. De este modo se retira con cuidado la pieza de tubería que queda en el mandril.

Cuando el rodillo expulsor 12 alcanza la ubicación del extremo del perfil, se libera el contacto con el extremo de la tubería. Ahora el rodillo expulsor 12 tiene que ser empujado hacia el extremo de la tubería mediante el conjunto de gato de tornillo 11 para continuar con la expulsión de la tubería. El extremo del perfil o el escalón formado donde se corta el perfil, se puede detectar de varias maneras. El ajuste del aparato lo puede realizar un operador manualmente de modo que el operador utilice el conjunto de gato de tornillo 11 según sea necesario. Una forma es controlar la rotación del rodillo expulsor 12 mediante un detector o controlador adecuado. El rodillo expulsor 12 gira mediante el movimiento del extremo de la tubería y cuando se pierde el contacto con la tubería, la rotación se detiene. Esto indica el extremo del perfil y es necesario mover el rodillo expulsor hacia delante. Otra forma de controlar esto es controlar la fuerza transferida desde el rodillo expulsor al conjunto del gato de tornillo 11. Cuando hay una caída en la fuerza de sujeción, se indica pérdida de contacto. Este método podría ser más adecuado en realizaciones en las que se utilizan actuadores hidráulicos en lugar de un gato de tornillo. Por supuesto, el extremo del perfil o del escalón formado se puede detectar con cualquier indicador o detector mecánico, óptico u otro convencional, por ejemplo los que se utilizan como final de carrera. Una forma eficaz es controlar el ángulo de rotación del mandril y accionar el conjunto del gato de tornillo en función de la posición angular. La posición del extremo del perfil se puede fijar en un sistema de control del aparato de fabricación. Además, se debe tener en cuenta que el movimiento hacia delante del rodillo expulsor se puede secuenciar con cualquier posición angular deseada del mandril y la tubería sobre él siempre que el extremo en ángulo de la tubería y el rodillo expulsor tengan espacio libre entre ellos permitiendo el movimiento del rodillo. El rodillo se mueve hacia el extremo del mandril cada vez que se detecta el extremo del perfil hasta que la tubería es expulsada completamente del mandril. A continuación, el rodillo expulsor puede volver a su posición inicial. Una característica que aumenta la eficacia del expulsor es la posibilidad de aumentar la velocidad de rotación del mandril durante el proceso de expulsión. La fase de fabricación requiere una velocidad de rotación baja. Durante la expulsión se puede utilizar una velocidad mucho mayor.

Las FIGURAS 1 y 3 muestran el rodillo expulsor en posición extendida y las FIGURAS 5, 6 y 7 en posición de reposo cerca de la estrella de bobinado 2. Las FIGURAS 5, 6 y 7 ilustran diferentes configuraciones de la enrolladora para fabricar diferentes tamaños de tuberías. Como se puede observar en las figuras, la unidad expulsora 6 se puede ajustar en consecuencia.

El ejemplo de las figuras muestra solo una unidad expulsora. El número de unidades puede variar; en una realización, el número de unidades expulsoras es dos para proporcionar una fuerza simétrica para la expulsión. Si se desea una fuerza de empuje más suave, se pueden utilizar más unidades expulsoras y rodillos expulsores. Incluso se puede contemplar que se utilicen dos o más rodillos expulsores paralelos con un conjunto de gato de tornillo u otro actuador lineal. Se pueden utilizar unidades y rodillos expulsores. Incluso se puede contemplar que se utilicen dos o más rodillos expulsores paralelos con un conjunto de gato de tornillo u otro actuador lineal.

A continuación se describe un segundo aparato de ejemplo. Este aparato se puede colocar en el suelo de una fábrica debajo del mandril 5 o, alternativamente, en un marco de soporte en cualquier posición deseada. Sin embargo, normalmente hay espacio libre debajo del mandril 5 y el suelo proporciona un terreno sólido como soporte. El aparato comprende dos railes que discurren paralelos entre sí y están conectados en sus extremos mediante soportes de extremo 18. Un carro está dispuesto para desplazarse sobre los railes paralelos. El carro está conectado a un motor de transferencia mediante una barra roscada. El motor de transferencia es una unidad que comprende, por ejemplo, un motor eléctrico y una caja de cambios. Sobre el carro están montados dos brazos oscilantes. Los puntos de giro de los brazos oscilantes se encuentran en el carro y en los extremos libres de los brazos oscilantes se encuentran rodillos expulsores.

El principio de funcionamiento. La posición de los rodillos expulsores 12 se ajusta girando los brazos oscilantes según el diámetro del mandril, de modo que los rodillos expulsores queden colocados en posiciones radiales correctas con respecto al mandril. Los rodillos expulsores 12 se mueven en dirección longitudinal accionando el motor de transferencia, por lo que la barra de tornillo gira y mueve el carro. La expulsión de la sección de tubería se produce de la misma manera que se ha descrito anteriormente.

Se puede contemplar una alternativa del aparato. Por ejemplo, el aparato puede comprender un rail que discurre paralelo al eje longitudinal del mandril 5, un carro montado en el rail, siendo el carro transferible a lo largo del rail, un actuador lineal para transferir el carro y un elemento expulsor 12 montado en el carro mediante un accionador de transferencia para ajustar la posición del elemento expulsor 12 en la dirección radial del mandril 5. Se puede contemplar otra alternativa combinando características de este aparato con la descrita anteriormente.

Aplicabilidad industrial

La invención tiene aplicabilidad industrial en la fabricación de tuberías y recipientes de poliolefina enrollados en espiral. Lista de! signos de referencia

1 marco de enrolladora

2 estrella enrolladora

3 radio

4 rodillo de soporte radial

5 mandril

6 unidad expulsora

7 placa de sujeción del expulsor

8 railes de ajuste

9 carro de ajuste radial del expulsor

10 volante

11 conjunto de gato de tornillo

12 rodillo expulsor

13 telescopio de rodillo expulsor

15 unidad de motor/engranaje

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para expulsar de un mandril (5) una sección de tubería enrollada en espiral, en donde el mandril (5) tiene un eje longitudinal alrededor del cual gira y una superficie exterior cilíndrica, alrededor de la cual se enrolla en espiral el perfil que forma la sección de tubería, comprendiendo el método las etapas de:

- cortar el perfil que se enrolla sobre el mandril (5) para formar un extremo de la pieza de tubería, y

- empujar al menos un elemento expulsor (12) contra el extremo de la pieza de tubería, caracterizado por

- mantener fijo el al menos un elemento expulsor (12) en la dirección del eje longitudinal del mandril (5),

- girar el mandril (5) y la sección de tubería en la misma dirección en la que el perfil está enrollado en el mandril (5), de modo que el elemento expulsor (12) empuja la tubería en la dirección del eje longitudinal del mandril (5) de acuerdo con el incremento del ángulo del extremo de la tubería, y

- el elemento expulsor (12) se desplaza hacia el extremo del mandril (5) cada vez que se detecta el extremo del perfil.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el mandril (5) se hace girar durante la expulsión a una velocidad que excede la velocidad de rotación utilizada durante la fabricación.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, en el que se detecta el paso del al menos un elemento expulsor (12) más allá del extremo cortado del perfil y el al menos un elemento expulsor (12) se empuja a continuación en la dirección del eje longitudinal del mandril (5), de manera que el elemento expulsor (12) queda apoyado contra el extremo de la pieza de tubería.

4. Un método según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento expulsor es un rodillo (12) y el paso del al menos un rodillo más allá del extremo cortado del perfil es detectado monitorizando el movimiento giratorio del rodillo (12).

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el contacto del al menos un elemento expulsor (12) con el extremo de la sección de tubería se detecta monitorizando la potencia necesaria para mantener el elemento expulsor (12) estacionario en la dirección del eje longitudinal del mandril (5).

6. Un aparato para expulsar de un mandril (5) una sección de tubería de poliolefina enrollada en espiral, que comprende el mandril (5) que tiene un eje longitudinal alrededor del cual puede girar y una superficie exterior cilíndrica alrededor de la cual el perfil que forma la sección de tubería puede ser enrollado en espiral, que comprende:

- al menos un elemento expulsor (12), y

- un actuador para girar el mandril (5).

caracterizado por

- un empujador (11) para transferir al menos un elemento expulsor (12) paralelo al eje longitudinal del mandril (5) y mantener el elemento expulsor (12) en una posición establecida.

7. Un aparato según la reivindicación 6, que comprende al menos un rail (8) que discurre paralelo al eje longitudinal del mandril (5), un carro (9) montado en al menos un rail (8) y transferible a lo largo de al menos un rail (8), un actuador lineal (11) para transferir el carro (9) y un elemento expulsor (12) montado en el carro (9) mediante un actuador de transferencia (11) para ajustar la posición del elemento expulsor (12) en la dirección radial del mandril (12).

8. Un aparato según la reivindicación 7, que comprende dos railes paralelos (8) y dos elementos expulsores (12).

9. Un aparato según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el elemento expulsor es un rodillo (12) que tiene un eje de rotación transversal al eje longitudinal del mandril (12).

10. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende un sistema de monitorización para detectar el contacto del al menos un rodillo (12) con el extremo de la sección de tubería en el mandril (12).

11. Un aparato según la reivindicación 6, que comprende un detector para detectar el paso de al menos un rodillo (12) más allá del extremo cortado del perfil que ha sido enrollado alrededor del mandril (5).

12. Un aparato según la reivindicación 11, en el que el detector es un detector que monitoriza la rotación del al menos un rodillo (12).

13. Un aparato según la reivindicación 10, en el que el sistema de control para detectar el contacto del al menos un rodillo (12) con el extremo de la sección de tubería comprende un sistema de control para controlar la potencia necesaria para mover el rodillo (12) en la dirección del eje longitudinal del mandril (5).

14. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6-13, que comprende al menos dos rodillos expulsores (12).

15. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6-14, que comprende al menos un accionador de transferencia (10) para mover al menos un rodillo (12) transversalmente al eje longitudinal del mandril (5).