FORMACIÓN ROTATORIA, EN UN PASO, DE MALLA EXPANDIDA UNIFORME Campo de la invención Esta invención se relaciona con un método y dispositivo para la producción de hojas de malla de metal expandido y, más particularmente, se refiere a un método y dispositivo de un paso para la producción de hoja de malla de metal expandido para su uso en la fabricación de acumuladores de plomo.
Antecedentes de la Invención La técnica anterior describe métodos de rotación para expandir la cinta de plomo para su uso en la fabricación de placas de batería. Tales métodos emplean grupos de herramientas arregladas secuencialmente para preformar y cortar la cinta en un primer paso y terminación del cortado de la cinta en un segundo paso. Los métodos secuenciales tienen los problemas inherentes de sincronización de etapas tales como la sincronización de rodillo con rodillo, lo cual requiere de ciertas consideraciones de registro y rastreo. Los métodos secuenciales usan diferentes herramientas para los diferentes pasos con el resultado de que la cinta de plomo no es "procesada simétricamente," en donde los lados opuestos de la cinta no son siempre sometidos uniforme y simultáneamente a las mismas presiones, fuerzas, estiramientos, y similares. En un método predominante de la técnica anterior, un grupo de herramientas de tres ejes está arreglado secuencialmente con tres dispositivos de herramientas diferentes, nombrados un "preformador", un "cortador de preformas" y un "cortador", de modo que resulta un método de dos pasos. El preformador y el cortador de preformas configuran la tira de metal mediante el estiramiento y corte en un primer paso y el cortador termina el corte en un segundo paso. Los alambres y nodos en lados opuestos de la tira expandida que se producen mediante estiramiento y el formado de acuerdo con la técnica anterior no son uniformes y no son simétricos. El perfil y forma en un lado no es la imagen de espejo del otro lado, resultando un gran número de imperfecciones y defectos. Esto se hace aún más importante cuando se desean objetivos de alargamiento mayores a fin de producir electrodos de rejilla para baterías más ligeros.
Las patentes de Comineo de los Estados Unidos de América No. 4,291 ,443, expedida el 29 de Septiembre de 1981 y la No. 4,315,356 expedida el 16 de Febrero de
1982, ambas incluidas aquí por referencia, describen la relación geométrica convencional de pares de rodillos de herramental agrupado o separado, de tres ejes, que emplean dos pasos secuenciales, esto es, preformado, en donde la cinta de plomo es cortada y estirada para formar alambres que todavía están sólidamente conectados y no en una manera en la que puedan ser zafados, y cortados, en donde se hacen cortes alternados en los nodos para permitir expansión subsiguiente para completar el proceso. La patente de Comineo de los Estados Unidos de América No. 4,297,866 expedida el 3 de Noviembre de 1981, también incorporada aquí como referencia, describe un proceso secuencial de dos pasos para la producción de alambres cortados simétricamente deformados fuera del plano de la tira que tiene una porción de remolque del alambre más grande que la porción principal para un estiramiento mejorado de los alambres. La formación de la cinta en un proceso de un paso ha sido descontinuada y no logrado hasta la fecha debido a las intrincaciones percibidas en el diseño de la malla y limitaciones físicas de los componentes de la malla, particularmente el pre-encogimiento y ondulamiento de la cinta. La patente de los Estados Unidos de América No. 1,472,769 expedida el 3 de Octubre de 1923 describe un método y dispositivo para la expansión de una hoja de metal entre rodillos opuestos en los cuales las hebras de alambre y las bandas son cortadas en la hoja, las hebras cortadas son devueltas al plano de la hoja por medio de rodillos alisadores, los arrugas longitudinales son formadas en series alternadas de bandas en direcciones inversas para estirar las hebras, y la hoja de esta forma es expandida lateralmente para formar una malla. Se ha creído necesario incorporar los pasos de corrugado longitudinal y alisado en el proceso para la formación de mallas uniformes.
Compendio de la Invención La presente invención supera sustancialmente los problemas de la técnica anterior y hace que tal procesamiento de un paso sea posible para la producción de hojas de malla uniformes particularmente a partir de metales maleables y dúctiles tales como el plomo y aleaciones de plomo. El estiramiento uniforme de alambre, la formación de nodos y la geometría de diamante de la malla expandida se logran, de acuerdo con la invención, en un ensanchador rotatorio preferiblemente empleando herramental agrupado. El alargamiento del alambre, limitada previamente a alrededor del 30%, puede ahora ser aumentado hasta aproximadamente el 50% o más de alargamiento, para la producción de baterías de peso ligero para uso en la industria de baterías SLI (starting, lighting and ignition, inicio, encendido e ignición). Se utiliza un módulo de herramientas agrupadas que utiliza un par de ejes opuestos que contienen combinaciones idénticas de dispositivos formadores/ cortadores que cortan y dan forman a todos los componentes necesarios del alambre de la malla en un movimiento continuo, que no resulta en desmontaje o desprendimiento. Un tercer eje de herramientas simplemente agrega características de guía en las orillas y en el centro al material cortado y formado, por ejemplo mediante formación por rolado del centro y perforando las orillas. El material de plomo cortado y formado que resulta tiene componentes estirados y configurados de manera uniforme en ambos lados de la cinta. El método de un paso puede ser realizado a través del re-arreglo y retro-ajuste de los herramentales existentes. En su aspecto más amplio, el método de la invención para formar hojas de malla expandida a partir de una cinta deformable comprende los pasos de corte concurrente y formación de cuando menos una porción de dicha cinta contenida dentro de porciones de borde no perforado para proveer una pluralidad de componentes en forma de alambre que se extienden longitudinalmente, dichos componentes comprenden segmentos cortados y alargados, deformados fuera del plano de la cinta y segmentos cortados alternadamente que están retenidos en el plano de la cinta, dichos segmentos cortados en forma alargada estando separados en forma lateral de los segmentos adyacentes y dichas porciones del borde estando configuradas de manera sustancialmente convexa desde el plano de la tira, por medio de lo cual segmentos cortados en componentes adyacentes lateralmente se extienden desde lados opuestos del plano de la tira, y dichos segmentos alternativamente cortados retenidos en el plano de la tira conjuntamente definen nodos que se extienden lateralmente cuando menos al ancho de dichos componentes en forma de alambre a través de dicha porción de la tira. El dispositivo de la invención para formar segmentos cortados alternativamente y alargados en tira deformable comprende un par de rodillos opuestos, cada uno de los cuales tiene una pluralidad de discos espaciados que poseen superficies de herramental de forma convexa, igualmente espaciadas, de paredes laterales opuestas y circunferenciales que se alternan con superficies substancialmente planas, dichos discos, dichos discos tienen cortes radiales formados en las paredes laterales opuestas de las superficies planas circunferenciales alternadas, por medio de lo cual superficies periféricas de rodillos opuestos están adaptadas para interactuar sobre cintas deformables que pasan entre ellos para cortar y formar segmentos convexos y nodos alternados en dicha cinta por medio del inter-mallado de dichas superficies de herramental configuradas. El aparato puede comprender adicionalmente un tercer rodillo que tiene una superficie periférica substancialmente lisa en oposición a una del par de rodillos opuestos, por medio de lo cual el tercer rodillo y dicho primer rodillo opuesto están adaptados para interactuar en tiras deformadas que pasan entre ellos para la formación por rodillos del centro de la tira y la perforación de las orillas de la cinta para facilitar la expansión.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en elevación lateral de un montaje de rodillo de corte y preformado en dos pasos, de la técnica anterior. La Figura 2 es una vista en perspectiva de la tira intermediaria de la técnica anterior como se produce mediante el primer paso del montaje de la técnica anterior de la Figura 1. La Figura 3 es una vista seccional amplificada a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 1 , que muestra el alargamiento de los discos co-funcionales para completar el cortado alterno de la tira preformada. La Figura 4 es una vista en perspectiva de un montaje ejemplar de cortado y formado, en un paso, de la presente invención. La Figura 5 es una vista en elevación lateral de un par de rodillos de corte y formación ejemplar, en un paso, de la invención mostrada en la Figura 4. La Figura 6 es una vista en elevación lateral y amplificada del montaje de rodillos de corte y formación mostrado en la Figura 5, con una porción de tira totalmente cortada y formada de la invención. La Figura 7 es una vista en elevación lateral, amplificada, parcialmente seccionada, de una parte cortada y formada de una tira producida por el método y aparato, de un paso, de la invención que se muestra en las Figuras 4, 5 y 6.
La Figura 8 es una vista en perspectiva de la cinta mostrada en la Figura 7 en transición conforme deja el montaje de corte y formación de la invención hacia una expansión lateral subsiguiente. La Figura 9 es una vista en planta de una porción de la cinta, como se ilustra en la Figura 8, mostrando la transición de un solo paso de formación-corte hacia la terminación de la expansión lateral previa a la separación en placas de baterías. La Figura 10 es una fotografía de una sección longitudinal amplificada de una porción cortada y formada de una tira producida de acuerdo con la técnica anterior mostrada en las Figuras 1-3. La Figura 1 1 es una fotografía de una sección longitudinal amplificada de una porción cortada y formada de una tira de acuerdo con la primer invención ; y La Figura 12 es una vista en perspectiva, parcialmente cortada, de una batería que tiene rejillas de placa de batería producidas a partir de una cinta expandida de la invención.
Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención Con referencia primero al dispositivo de la técnica anterior descrito en la Figura 1, la cinta 10 entra verticalmente al montaje 14 de corte y preformado, el cual comprende un grupo de tres rodillos 16, 18 y 20, cada rodillo tiene una pluralidad de discos espaciados 22, 24 y 26 respectivamente. Los discos tienen orillas periféricas trabajadas. La cinta que se mueve es engranada sucesivamente entre el primero y segundo rodillo 16 y 18 y entre el segundo y tercer rodillo 18 y 20. Los rodillos 16 y 18 actúan en una cinta que avanza rápidamente con superficies 36 de herramental con forma substancialmente convexa de los discos 22 que se acoplan como superficies trabajadas 38 de los discos 24 para cortar porciones 40 de la cinta 10 entre las bandas 32 y para alargar los segmentos de corte 42 fuera del plano de la cinta, que se muestra más claramente en la Figura 2. Las superficies trabajadas 36 y 38 alternan con las porciones substancialmente planas 44 y 46 en sus respectivos rodillos y están espaciadas igual y circunferencialmente para proveer superficies periféricas que interactúen conforme los rodillos giran. Durante la rotación de los rodillos, las porciones trabajadas y configuradas en forma convexa 36 de un disco 22 del primer rodillo 16 son acopladas por porciones trabajadas 38 en forma convexa de discos adyacentes 24 del segundo rodillo 18 para proveer cortes longitudinales conforme las superficies curvas 36 penetran a través del plano de la tira para estirar los segmentos de corte 42 en espacios entre los discos adyacentes 24 del segundo rodillo 18. Las porciones substancialmente planas 44 y 46 de los discos de ambos rodillos entonces se alinean circunferencialmente y se separan una de otra para mantener segmentos sin cortes los cuales conjuntamente forman bandas 32 que se extienden lateralmente. De la misma manera, las porciones trabajadas 38 de forma convexa de un disco 24 de un segundo rodillo 18 penetran a través del plano de la cinta en la dirección opuesta para estirar los segmentos de corte 54 en espacios entre los discos adyacentes 22 del primer rodillo, en el lado opuesto del plano de la cinta 10. En línea con cada disco 22 se forman en la cinta 10 segmentos de corte 42 deformados fuera del plano de la cinta en una dirección espaciada por segmentos sin corte retenidos en el plano de la cinta. Estos componentes se alternan con componentes similares en línea con cada disco 24 y tienen segmentos de corte 54 deformados fuera del plano de la tira en la dirección opuesta. Los segmentos sin corte de todos los componentes conjuntamente definen las bandas continuas 32 que se extiende a través de la cinta 10 que corresponde a las porciones planas 44 y 46 de los discos 22 y 24 respectivamente. Conforme la cinta abandona el área de engranaje de los rodillos 16 y 18, un conjunto de barras de desmontado 60 asegura la separación de la cinta preformada procedente del primer rodillo 16. Al ser liberadas del rodillo 16, la cinta preformada 62 sigue al segundo rodillo 18 por una distancia conveniente, por ejemplo, un cuarto de giro como se muestra en la Figura 1 , hacia una área de engranaje del segundo rodillo 18 y tercer rodillo 20 opuesto el cual tiene discos 26 espaciados con componentes 74 de disco que consisten de orillas de corte 72 efectivas y huecos laterales 75. Las orillas cortantes 72 y las cavidades laterales 75 de los discos 26 están espaciadas circunferencialmente para alinearse, en lados alternados, en la rotación de los rodillos, con los componentes 76 de discos que consisten de cavidades laterales 77 y orillas cortantes 79 en los discos 24 del segundo rodillo 18 el cual se extiende circunferencialmente desde las porciones planas alternadas 46 para permitir el paso, sin el corte, de bandas alternas en cada línea de los cortes formados entre los componentes adyacentes mediante el engranaje del primero y segundo rodillo. Cavidades laterales 75 o 77 similares ocurren en posiciones alternas en caras opuestas de los discos de tanto el segundo como en el tercer rodillo. Las orillas cortantes 72 de las periferias del disco penetran a través de la cinta para extender los cortes a través de las bandas alternas 32 (Figura 2) en una relación escalonada, de este modo completando el corte en dos pasos, lo cual permite la divergencia lateral de las orillas de la cinta para formar mallas en forma de diamante. Los discos espaciadores 78 están colocados entre los discos adyacentes 22, 24 y 26 de los tres rodillos. Con referencia ahora a las Figuras 4, 5 y 6, un par de rodillos 1 16 y 1 18, cada uno teniendo una pluralidad de discos espaciados 122, 124 montados sobre ejes 123, 125 respectivamente, tiene orillas periféricas trabajadas e idénticas 126,128. Los ejes 123, 125 están en muñones para rotar entre un par de paredes espaciadas 127, una de las cuales es mostrada para mayor claridad de la descripción. Las orillas periféricas 126 de cada disco 122 tienen una superficie herramental 136 de forma convexa que está adaptada para empatar y acoplarse con una superficie 138 de herramental convexa e idéntica 138 de un disco adyacente opuesto 124 para cortar una porción de cinta 110 entre estos para deformar y estirar filas de segmentos 142 de cortes convexos y transversales fuera de cada lado del plano de la tira 1 10, como se muestra más claramente en las Figuras 6 y 7, entre las bandas transversales 132, como se ha descrito anteriormente con referencia a las bandas transversales 32 en la Figura 2. Las superficies trabajadas 136 y 138 se alternan con porciones sustancialmente planas 144 y 146 sobre sus discos respectivos y están espaciadas para proveer superficies periféricas que interactúan conforme giran los rodillos. Los discos 122, 124 tienen muescas radiales 174, 176 formadas en las paredes laterales opuestas de porciones planas circunferenciales y alternas 144, 146 que están en oposición entre ellas, como se muestra más claramente en la Figura 6. Durante la rotación de los rodillos, las superficies de herramental 136 en forma convexa de cada disco 122 del rodillo 116 son engranadas por superficies similares de herramental 138 y de forma convexa de discos adyacentes 124 del rodillo opuesto 1 18 para proveer cortes longitudinales conforme las superficies curvas penetran a través del plano de la cinta para que las superficies de herramental en forma convexa 136 estiren segmentos de corte 142 entre cortes en espacios que se encuentran discos adyacentes proveídos por discos espaciadores de radio más angosto, no mostrados. Las porciones sustancialmente planas 144, 146 de los discos adyacentes se alinean circunferencial y transversalmente y se separan unas de otras para mantener segmentos sin cortar los cuales conjuntamente forman bandas transversales 132, mostradas más claramente en las Figuras 7, 8 y 9. De manera similar, superficies de herramental 138 en forma convexa de los discos 124 estiran segmentos de corte 154 adyacentes en espacios entre los discos adyacentes en el lado opuesto del plano de la cinta. Las muescas radiales alternas y opuestos 174, 176 que se encuentran en las paredes laterales del disco adyacente evitan el corte de porciones planas adyacentes 144, 146, como se muestran en la Figura 6 descrita anteriormente, en tanto que la ausencia de muescas en cada porción plana secundaria 144, 146 hacen que las superficies planas de superposición radial corten y cizallen la cinta que se encuentra entre éstas. El diseño de corte mostrado a la izquierda como se observa en la Figura 9 es proveído a la cinta, permitiendo la expansión lateral para formar una malla en configuración de diamante 149 como se muestra a la derecha como se aprecia en la Figura 9, tal y como por medio de la expansión rotatoria como se describe con detalle con las patentes de los Estados Unidos de América Nos. 4,291,443 y 4,315,356. Con referencia particular a las Figuras 4 y 5, el rodillo 180 está montado de manera giratoria para lindar contra el rodillo 1 18 que gira en el eje 129 para proveer guía de centro y orilla tal como mediante una formación en el rodillo de una costilla longitudinal central 182 (Figuras 8 y 9) por medio del acoplamiento de un reborde circunferencial 184 del rodillo 180 con cavidades circunferenciales de acoplamiento 184 del rodillo 1 18 y perforando las orillas laterales como se designan por el numeral 185 por medio del engranaje de protuberancias circunferenciales equidistantes 186 en cada extremo del rodillo 180 con cavidades circunferenciales de acoplamiento 188 sobre el rodillo 1 18 para facilitar el agarre de las orillas para una expansión lateral subsiguiente en el producto de malla terminada. El reborde 184 y las protuberancias 186 con las cavidades de acoplamiento pueden ser revertidas en los rodillos opuestos. Volviéndonos a la Figura 10, una fotografía amplificada de una sección longitudinal de una porción cortada y formada de tira producida de acuerdo con la técnica anterior ilustrada en las Figuras 1 -3 muestra la falta de simetría de los alambres y los nodos y nodos en la parte superior de la cinta que se compara con la parte inferior de la tira. Los cortadores del preformado que se encuentran en el segundo rodillo 18 dan estiramiento adicional, formación al alambre y formación de nodos al lado opuesto de la cinta, esto es, en el costado del tercer rodillo 20 adyacente a la cinta. El tercer rodillo 20, que coopera con el rodillo 18 para cortar los nodos alternados, no agrega estiramiento adicional correspondiente, formación de alambre y formación de nodo al lado opuesto de la cinta, esto es, en el lado del segundo rodillo 18 adyacente a la cinta. Con la formación y estiramiento incompletos de los elementos en un costado de la cinta como se muestra en la Figura 10, para una elongación del 50%, el estiramiento no uniforme de los alambres resulta en fracturas de los alambres durante la expansión subsiguiente o la falla prematura por corrosión durante la vida de la batería. Con referencia a la Figura 1 1 , una fotografía amplificada de una sección longitudinal de una porción cortada y formada de una tira producida de acuerdo con la presente invención muestra alambres y nodos simétricos en las partes superior e inferior de la cinta. El estiramiento y la formación del alambre de manera uniforme y concurrente junto con la terminación del corte de nodos en la operación de un paso de la invención permiten el alargamiento hacia un objetivo mayor de hasta 50% o más de los alambres. Los alambres estirados uniformemente a lo largo de todo el corte y la tira formada hasta una longitud que no era posible hasta la fecha, permiten la expansión para un producto de rejilla más ligero con un mínimo de fracturas de alambre y estrés del metal. Se desea formar alambres en la forma de un lóbulo o un triángulo redondeado que tenga una relación de costados del triángulo del lado principal al lado de escape, en la dirección de viaje, mayor de 1 : 1 y preferiblemente 1 : 1.3 a 1 : 1.5, para minimizar el adelgazamiento no deseado del extremo de escape, como se describe en la patente de los Estados Unidos de América No. 4,297,866. La tira de la técnica anterior de la Figura 10 tiene una relación del costado principal al costado de escape de alrededor de 1 : 1 para el lóbulo superior, el lóbulo superior teniendo un menor estiramiento que el lóbulo inferior. La tira formada de la presente invención y que se muestra en la Figura 1 1 tiene una proporción de costado principal a costado de escape tanto para el lóbulo superior como para el lóbulo inferior de aproximadamente 1 : 1.3 con un estiramiento uniforme de ambos alambres, superior e inferior, para una elongación del 50%. La Figura 12 ilustra una batería 100 que tiene una envolvente plástica 102 con una cubierta 104 que incluye cubiertas de respiradero 106 que contiene placas de electrodo de la batería producidas por el método de la invención. Las placas que incluyen pasta de electrolito 107 están apiladas verticalmente como placas negativas 92 alternando con placas positivas 94 separadas de unas de otras por separadores de placa 1 12. Las lengüetas de la malla 1 14 de las placas negativas 92 están interconectadas por guías de metal 1 17 a postes 1 13 negativos de batería y las lengüetas de rejilla (no mostradas) de las placas positivas 94 están interconectadas por el cabezal metálico 1 17 a un poste 1 19 positivo de batería. La solución de ácido sulfúrico, no mostrada, es agregada en una cantidad suficiente para sumergir las placas de batería para la operación de la batería. Se entenderá que otras modalidades y ejemplos de la invención serán claramente apreciados por una persona capacitada en la técnica, el alcance de la invención es definido en las reivindicaciones anexas.