ORIFICIO DE ALARGAMIENTO GRADUAL DE ANCHO UNIFORME
El señor FRANK W. KOTZUR, de nacionalidad norteamerica con domicilio en R.D. #33 ?inhaiti Road, ciudad de Carmel, estado ?ew York, Estados Unidos de Norteamérica, inventor, cede, vende y traspasa a INDINGS, INC., sociedad norteamericana, con domicilio Robin Hill Industrial Park Route 22, ciudad de Patterson, estado New York, Estados Unidos de Norteamérica, todos los derechos sobr la invención que en seguida se describe:
RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el embobinado de un material filamentario de la configuración en la Figur con un orificio de alargamiento gradual radial extendido des- el interior hacia el exterior de la bobina, y más particularme a tal embobinado en que un orificio de alargamiento gradual • radial uniforme se produce sin considerar el diámetro o el es1- pesor de la bobina. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1, Campo de la Invención Esta invención se relaciona con el embobinado de un material filamentario de una configuración en la Figura 8 con un orificio de alargamiento gradual radial extendido desde el interior hacia el exterior de la bobina, y más particularmente con tal embobinado en que el orificio de alargamiento gradual radial uniforme se produce sin ot ar en consideración el diámetro o el espesor de la bobina. 2. Técnica Relacionada Un método ^ aparato para producir una bobina de la Figura 8 con un orificio de alargamiento gradual radial extendido a través de la pared de la bobina, se da a conocer en la
• Patente de los E.U.A. N° 4,406,419, titulada: Método y Aparato para embobinar un Material Flexible" y asignada a la misma cesionaria de la presente solicitud. Las técnicas de embobinado descritas en la patente antes mencionada son usadas por la cesionaria, Windings, Inc., junto con otras técnicas de embobinado, para producir bobinas del tipo antes mencionado de acuerdo con el sistema REELEX, que esta bajo licencia en los Estados Unidos y en países extranjeros. De acuerdo con el sistema REELEX actualmente usado,
• una bobina de un material filamentario se enrolla en un mandril 20 que tiene un radio r2 , Y con un orificio de alargamiento gr dual radial en la forma de una cuña 22 en un ángulo esencialmente constante A a lo largo del radio de la bobina 24, como se muestra en la Figura 1 . Es evidente que la generación de un orificio de alargamiento gradual 22 que emplea un ángulo - constante A origina una distancia circunferencial incrementa- ____*- da en una proporción directa al radio de la bobina. Esta di¬
# ferencia en la distancia circunferencial es evidente por la consideración de una bobina que tiene un radio r. que origina la distancia 13 que se substiende,por ejemplo, como el radio r~ del mismo mandril (en efecto una bobina de radio cero) , que subtiende una distancia C . De manera que la bobina se enrolla con un tamaño inicial del orificio de alargamiento gradual 22 igual, para permitir que un tubo de alargamiento gradual sea insertado en el mismo, después de que la bobina se complete, es evidente que el tamaño del orificio de alargamiento gradual 22 será bastante grande cuando la bobina se acaba con un radio r, . Por lo tanto, es deseable proporcionar una técnica para modificar o ajustar el taamaño del orificio de alargamiento gradual durante el embobinado de una bobina, y especialmente para bobinas de mayor tamaño del orificio de alargamiento gradual durante el embobinado de una bobina, y especialmente para bobin de mayor diámetros en donde el tamaño interno y externo de los orificios de alargamiento gradual tienen una disparidad mayor (por ejemplo, las distancias comparadas B y C de la Figura 1) . Los problemas causados por tal orificio de alargamien to gradual son los siguientes: (1) Cuando las bobinas producidas - de acuerdo con el sistema REELEX, se genera un "valle" en donde no hay cruzamiento. Esto ocasiona que la bobina llegue a deformarse debido a las densidades que varian del material filamentario enrollad Estos valles se extienden hacia el exterior del orificio de alargamiento gradual, alrededor de la circunferencia, y termina en los lados de la bobina a 180 grados del orificio . Esto ocasiona una condición deformada en la superficie de la bobina, cuyo defecto llega a ser exagerado cuando el diámetro de la bo bina aumenta y cuando el orificio llega a ser mayor. La Figura 2 muestra una capa embobinada en la bobina extendida de maenr plana con los valles y el orificio de alargamiento gradual des nados como tales. * La Patente de los E.U.A. N° 4,523,723, titulada: Material Flexible Embobinado con una Capa Corrediza o deslizant y también asignada a Windings, Inc. da a conocer un método par embobinar el material flexible más densamente al variar la velocidad del movimiento lateral o la velocidad del mandril con respecto uno del otro. La patente también incluye Figuras con embobinados aplanados similares a los de la Figura 2 en la pre sente. Sin embargo, las técnicas dadas a conocer en esta paten te no superan el problema del orificio de alargamiento gradual configurado como cuña, como se definió anteriormente. (2) La condición deforme ocasiona el resbalamiento de las bobinas que a menudo obscurese el orificio de alargamie to gradual. Para superar este problema, el tamaño de orificio a menudo se incrementa, lo cual ocasiona que el problema del resbalamiento empeor-a y también reduce la densidad de la bobina aún más .
(3) El paquete (que usualmente es, pero no siempre, un recipiente como caja) deberá ser eleborado más grande para acomodar las protuberancias 26, 27 como se ilustra en la Figura 4 , en donde se puede observar que cuando los puntos elevados 28 en la bobina 30 no están presentes, la dimensión de la c o recipiente puede ser más pequeña cuando la bobina se produce sin los puntos elevados 28. (4) puesto que el orificio de alargamiento gradual emplea algo más de la circunferencia de la bobina, cuando es mayor el orificio, mayor será la bobina. Las Figuras 5a y 5b ilustran el problema del espacio desperdiciado 33 producido por orificio de alargamiento gradual 32 en un embobinado 34 elaborado con un ángulo constante, como se muestra en la Figura 5a, y la falta del espacio desperdiciado producido por un orificio de alargamiento gradual 35 elabora do en un "embobinado 36 con una circunferencia o diámetro constante como se muestra en la Figura 5b. En la Figura 5a el espacio desperdiciado se formo entre él tubo de alargamiento gradual 37 y el lado 38 del orificio de alargamiento gradual 32. En la Figura 5b el tubo de alargamiento gradual 40 se ajusta diestramente adentro del orificio de alargamiento gradual 35 formado con los lados substancialmente paralelos (diámetro cons tante) . El orificio de alargamiento gradual de ancho constante 35 en la Figura 5b se forma al iniciar la bobina con un ángulo dado y variar el ángulo cuando el diámetro de la bo- bina aumenta. Las densidades de la bobina pueden incrementarse aproximadamente por más del 7% debido al aumento en la circunferencia disponible. Esto transfiere aprxomadamente 1.27 cm (.5 pulgadas) del diámetro de la bobina por 55 cm (18 pulgadas) del diámetro de las bobinas. Los ahorros debidos a la disminución en el tamaño del paquete debido a la reducción de la condición de"deformación" es aún mayor. Con el fin de producir el efecto deseado de un orific
/ f? "constante", el orificio, primero deberá ser enderezado. Si el orificio se deja formar sin el enderazamiento , la formación actual deberá verse similar a las Figuras 5c y 5d, lo cual muestra un ángulo constante, y las Figuras 5e y 5f muestran un tamaño constante. Los puntos importantes que se ilustran en estas Figuras es que el orificio de alargamiento gradual es torci do forzan al tubo de alargamiento gradual (guia) para que se si tué en alguna orientación que no sea a lo largo del embobinado radial (Figura 5c) . Para asegurar que el tubo de alargamie to gradual se orienta adecuadamente, el orificio de alargamiento gradual deberá ser más grande. Las Figuras 5e y 5f muestran el mismo problema, pero con menor espacio desperdiciado. Con el fin de recibir todo el beneficio de este proceso, el orifici de alargamiento gradual deberá ser recto y de tamaño consistente (a lo largo de los radiales) . La Patente de los E.U.A. N° 3,747,861, titulada "Aparato y Método para embobinador un material ?lexible orientado para un alargamiento Gradual sin enrollamiento a través de una Abertura Radial Recta" da a conocer una fénica para enderzar el orificio de -alargamiento gradual al ajustar la velocidad del movimiento lateral o cambiar el eje mecánicamente. En el aparato de la patente antes mencionada, el mecanismo que ocasiona que el alargamiento gradual cambie en la primera instancia es el resultado del movmiento transversal en una direcció lejos de" la flecha eje y a través ' de un arco. Este movimiento ocasiona que el orificio de alargamiento gradual se curve en un dirección opuesta a la de rotación del eje. Debido a que el cos to y la complejidad de tales técnicas de achicamiento, los sistemas de REELEX nunca se han utilizado en máquinas de embobinado industriales o comerciales que usen tal técnica de achicamiento. En el sistema REELEX, las configuraciones de extremo formadas adecuadamentey los mandriles sen usados con un elemen transversal que es estacionario, es decir no se mueve en una di rección perpendicular a la flecha del eje (por ejemplo, ver la
* Patente de los E.U.A. N° 4,406,419 antes mencionada). Cuando el movimiento transversal permanece una distancia fija desde el eje de la flecha eje. En una situación precedente, cuando la bobina es enrollada, el aumento en el diámetro ocasiona que la superficie de la bobina se mueva en dirección del movimiento transversal, que tiene el efecto de colocar el material abajo tan pronto como se coloque la capa precedente. Esto origina en un ligero cambio positivo en la fase de capa por capa, ocasionando, entre otras cosas, un orificio de alargamiento gradual inclinado. Pero en este caso, el orificio de alargamiento gradual cambia en la misma dirección a la de la rotación del eje. Este avance positivo en la fase de capa por capa, cuando la bobina se construye con un diámetro del producto que se puede contrarrestar al introducir una alimentación con un diámetro del producto en el microprocesador de embobinado. La técnica em un algoritmo que calcula el diámetro teórico de la bobina en
• cada capa (lo opuesto a la detección del diámetro realmente) y determina la cantidad de cambios de fase que pudieron ocurrir El algoritmo de embobinado, luego origina un mínimo cambio co- rrespondientee con el orificio de alargamiento gradual y de toda la capa de la bobina. El cambio siempre ocurre en el lado del orificio de alargamiento gradual en donde el orificio de alargamiento gradual en el que la capa se aproxima, y nunca en el lado del orificio de alargamiento gradual que justamente
* ha ocurrido. Para una ganancia o avance mínimos, el alcance es en el lado cero, y para una ganancia o avance mayores NO ESTA EN EL TAMAÑO DEL ORIFICIO a 360° grados menor que con el TAMAÑO DEL ORIFICIO. El orificio recto resultante se puede reducir por todo su tamaño, debido a que el tubo de alargamiento gradual puede ser insertado rectamente en la línea radial y permanece en una línea radial. Debido a que esta reducción en el ángulo constante en el tamaño de perforación, es correspondiente con la reducción en el tamaño del empaque. Esto más el proceso de la circunferencia descrito anteriormente, resultarán en toda la reducción en los diámetros de la bobina de más de una pulgada (2.54 cm) para las bobinas con diámetros mayores, tales como las bobinas de 55 cm (18 pulgadas) . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objeto primario de la presente invención es propor cionar un método para superar o eliminar las desventajas descri tas anteriormente de producir bobinas embobinadas en general, y específicamente cuando las bobinas se enrollan de acuerdo con el sistema REELEX. De manera que el método de la presente inven ción se reduce o elimina los "valles" y por lo tanto la condición de deformación de las bobinas embobinadas para producir que los orificios de alargamiento graduado de un diámetro más consistente. A medida que disminuya la condición de deformación de las bobinas enrolladas, es una reducción en el diámetro tota de la bobina de embobinado (para un embobinado dado) , resultando así en una disminución de toda la bobina con un diámetro que se pueda empacar en un recipiente más pequeño,. Finalmente, mantener el diámetro deseado del orificio de alargamiento gradual origina una bobina de menor circunferencia, atribuyéndose así también en un diámetro más pequeño debido al aumento del tamaño del diámetro para el orificio de alargamiento graduado cuando la bobina se embobina a causas de aumentos en la circunferencia de la bobina. En una modalidad de la invención, las características, ventajas y objetos antes mencionados de la invención se obtienen por el uso de detectores para controlar el tamaño del orificio de alargamiento gradual y producir un orificio de alargamiento gradual estándar. Este método permite que algunas de las máquinas de embobinado extentes sea modificadas para controlar y modificar el embobinado actual de la bobina para eliminar las desventajas antes mencionadas de las bobinas -embobinadas y especialmente aquellas embobinadas por el siste ma REELEX. En una modalidad modificada, también se emplean detectores, los detectores son movidos en conjunción con el aumen en el diámetro de la bobina cuando se embobina para producir un orificio de alargamiento gradual es€ándar que tiene las ventaja mencionadas anteriormente para la presente invención. Todavía en otra modalidad de la invención y en una modalidad que se puede usar con un microprocesador para controlar la operación de embobinado, la localización y el tamaño del orificio de alargamiento graduado se calcula. Los parámetros de embobinado para controlar el proceso de embobinado son programados en la memoria del 'microprocesador con una disposición pa entrar con las variables en clave por medio de un tablero, con mutadores de mariposa o tableros.
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La presente invención se relaciona con un método y aparato alternos para generar un orificio de alargamiento gradual recto que el provisto por Patente de los E.U.A. N° 3,747,8 y un altoritmo descrito anteriormente como se usa con el sistema REELEX actual, y generalmente se describe en la Patente de'' los E.U.A. antes mencionada. DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS Los objetos, ventajas y características descritas anteriormente se consideran que son consideradas por ser evidentes rápidamente de una consideración de la siguiente descripción de las modalidades preferidas de la invención representan do el mejor modo de llevar a cabo la invención cuando se toman en conjunción con los siguientes dibujos en donde: La Figura 1 ilustra la afectación del tamaño aumentado en el diámetro efectivo o en un orificio de alargamiento graduado en una bobina de embobinado como se genero sin la compensación en un sistema REELEX; La Figura 2 muestra la producción de un valle y un orificio de alargamiento graduado en un embobinado; La Figura 3 muestra el aumento efectivo' ép el diámetr y de la condición de deformación de una bobina embobinada resul tanto de un aumento en el diámetro del orificio alargado gradualmente cuando" la bobina se embobina; La Figura 4 ilustra el efecto de la irregularidad de la bobina embobinada aumentando el tamaño del recipiente de la bobina; ? La Figura 5a muestra que el espacio de desperdicio producido en el orificio de alargamiento gradualentre los lados del tubo de alargamiento gradual y los lados del orificio de al gamiento gradual que emplean un ángulo constante y se compensa inclinándolo para generar el orificio de alargamiento gradual; La Figura 5b ilustra la mejora en el ajuste del tubo alargamiento graduado de un diámetro dado con un orificio de alargamiento graduao generado empleando un tamaño constante (di metro) para generar el orificio de alargamiento graduado y también para un ajuste de inclinación; La Figura 5c muestra una sección en manera transversal de un embobinado con orificio de alargamiento graduado en el que el tubo de alargamiento graduado se elabora con un ángul constante, produciendo así un orificio de alargamiento gradual un tubo de alargamiento gradual insertado en el mismo, que no esta alineado con un elemento radial del embobinado; La Figura 5d ilustra una sección transversal del embobinado de la Figura 5d con el tamaño del orificio de alargamiento gradual alargado para permitir que el tubo de alargamiento gradual sea orientado adecuadamente; La Figura 5e ilustra una sección de un embobinado co Un orificio de alargamiento gradual elaborado 'de acuerdo con • lia invención; sin embargo el tubo de alargamiento graduado esta inadecudamente alineado con el- mismo;
La Figura 5 f ilustra una sección transversal del embobinado de la Figura 5c pero con el tubo de alargamiento graduado adecuadamente alineado al aumentar el ángulo del orificio de alargamiento graduado durante el proceso de embobinado; La Figura 6a es un dibujo esquemático diagramático e bloque combinados de una primera modalidad del aparato de acue do con la invención para producir un orificio de alargamiento igraduado o de distribución con un diámetro o ancho constante durante el embobinado; La Figura 6b es una modificación de la primera modalidad de la Figura 6a para producir un orificio de alargamient gradual de diámetro constante en un embobinado de acuerdo con la invención; La Figura 7 es una vista esquemática, diagramática e bloques combinada de una segunda modalidad de acuerdo con la i vención para generar un orificio de alargamiento gradual de di metro constante en un embobinado que emplea un microprocesador
La Figura 8 ilustra el principio de generar un orifi cio de alargamiento graduado de diámetro constante de acuerdo con el método de la invención; La Figura 9 ilustra otro principio de operación del método de la invención para mantener constante la distancia entre las hebras de material que son tangentes con el tubo de alargamiento gradual;
La Figura 10 muestra la relación entre varios paráme
• tros que comprenden generar un orificio de alargamiento gradua de diámetro constante durante el embobinado de una bobina; La Figura 11 es una gráfica del patrón de la bobina contra la distancia del eje para un movimiento transversal arbitrario; La Figura 12 es un grupo de gráficas del patrón de la bobina en comparación con el desplazamiento del eje para un patrón transversal no sinusoidal (30 sinusoide) -120 (linea 30 (sinusoide) ; y La Figura 13 muestra el área alrededor de un orifici de alargamiento graduado de diámetro constante de acuerdo con la invención para una bobina con un diámetro de 20cm '. (8 pulga y 55 cm (18 pulgadas) . */ DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES LA PRIMERA MODALIDAD La Figura 6a muestra una primera modalidad del aparato para generar un orificio de alargamiento gradual de diáme tro constante en un embobinado y que emplea detectores de cap tación. Las máquinas de embobinado que emplean el uso de detec tores de proximidad y lo similar, generan orificios de alargamiento graduado que no han sido producidos en varios años en f o de métodos más avanzados para generar los orificios de alarg miento gradual empleando la tecnología de microprocesadores . "N . síjsfante del interesan el método y aparato de la Figura 6a de a que las máquinas de embobinado previas todavía se usan y gene ran un orificio de alargamiento gradual estándar como se descri en relación con las Figuras 1-4 y 5a. Aunque ninguno de estás máquinas viejas son capaces de enderezar el orificio, tal equip puede ser retroajustado para incorporar la modificación de la F gura 6a . El concepto de la modificación de la Figura 6a es que la captación de sensibilidad se reduce (por ejemplo, quizas a través del uso de una secuencia de relevador, o contador y conv dores de A/D en el proceso de capa por capa del embobinado) . Es to hace que el orificio más pequeño cuando la bobina se constru ye con un diámetro. La Figura 6a muestra una primera modalidad del aparat de acuerdo con la invención para producir un orificio de alargamiento gradual con un diámetro o un ancho constantes en un embobinado. El mandril 50 esta montado sobre un eje de mandril 52 y es girado por un rotor 54 a través de un montaje de engranes 56 como se conoce por aquellos con experiencia en la técnic de embobinados. El elemento transversal 58 se monta para un movimiento recíproco con respecto al mandril 50 bajo la acción de una leva de barril que es accionada por el montaje de engra nes 62 accionados por el motor 64, también en alguna manera conocidos por aquellos con experiencia en la técnica. Por ejemplo, el elemento transversal 58 se puede hacer que se mueva a través de una distancia de un ciclo, cuando el mandril 50 este girando a través de dos rotaciones para producir el patrón de la Figura 8 con un orificio de alargamiento gradual radial como
• generalmente se describe en la Patente de los E.U.A. N° 4,406,4 antes mencionada. El motor accionador del mandril 54 se controla a trav de un circuito de accionamiento con un amplificador de potencia desde un dispositivo que' establece la velocidad maestra, tal como un potenciómetro 68. El motor transversal 64 es accionado desde el potenciómetro de la velocidad maestra68 a través de un circuito de cambio de velocidad 70, el cual controla el circuit
# de accionamiento del amplificador de potencia 72 para controlar por último el motor transversal 64. El circuito de cambios de v locidad 70 opera con el motor transversal^ 64 ya' sea a una eleva da velocidad o una baja velocidad para producir una ganancia menor o una superior, causando así que la capa de material fila mentario sea depositada sobre el mandril 50 para que sea cambia do desde su ubicación que tiene la velocidad del motor transver 64 permaneciendo constante. De acuerdo con el propósito de la - • presente invención, es necesario causar que tal capa cambie para producir un orificio de alargamiento gradual substancialme te constante en relación a su ancho o diámetro. Este resultado se obtiene por el uso de dos detectore 74 y 76 respectivamente montados en proximidad para detectar la rotación de la flecha de mandril 52 y el movimiento recíproco - del elemento transversal 58. Los detectores 74 y 76 pueden cada uno comprender un dispositivo Hall bien conocido, el cual produ ce una salida de señal para cada rotación del eje de mandril
• 52 en el caso del detector 74, y una salida de señal para cada movimiento recíproco del elemento transversal 58 en el caso de detector 76. Alternativamente, los detectores 74, 76 pueden ca da uno comprender un oscilador sensible a la frecuencia que ti ne un circuito "Q" sintonizable oscilador y que produce una salida de frecuencia variable con la rotación del eje de mandr y el movimiento recíproco del elemento transversal 58. Una sal da de señal sintonizable se obtiene de cada uno de los detecto res osciladores 74 y 76 con la rotación del eje de mandril y e movimiento respectivo de un marcador metálico 78 y 80 que pasa a los detectores osciladores 74, 76 respectivamente. La salida de cada uno de los detectores osciladores 74, 76 es respectivamente una entrada a los circuitos de contr del detector 82, 84 , uno de los cuales, por ejemplo el circui de control del detector 82, es ajustable para proporcionar una ventana de detección que varia el tamaño del orificio de alar¬
# gamiento gradual y detecta el movimiento de los ejes de mandr 52 y del elemento transversal 58. La salida de cada uno de los circuitos de control del detector 82 y 84 es una entrada a una compuerta de coincidencia 86. La coincidencia de la entrada de la señal a la compuerta de coincidencia 86 es una indicación d que la velocidad relativa del elemento transversal 58 con respecto a la rotación del eje de mandril 52 deberá ser cambiado para formar el orificio de alargamiento gradual. La salida - - lí
de compuerta de coincidencia 86 es una entrada a un circuito de
• falla por demora 88, la función con la cual es la que se evita las señales no queridas del circuito multivibrador de control 90. Por ejemplo, la primera señal de coincidencia desde la compuerta de coincidencia 86 se deja pasar, sin embargo, todas las señales subsecuentes a la primera señal de coincidencia se bloquean por un período fijo, dependiendo en la velocidad de la operación de embobinado. Por ejemplo, el período de demora puede ser aproximadamente de dos segundos por una velocidad del
* mandril de 50 rpm, y puede permanecer de manera que hasta 500 r para la mayoría de las condiciones de embobinado. La frecuencia sintonizable del circuito de control de detector 82 se controla por un relevador de secuencia 92 para cauasr diferentes resistencias para ser insertadas en el circui "Q" ajustable del circuito de control de detector 82 de acuerdo con el tamaño del orificio o diámetro del orificio. La bobina d relavador en secuencia 94 se controla por la salida del circuit
• de falla por demora 88. De manera que cada capa de embobinado se coloca sobre el mandril 50 y el diámetro de- la bobina que se enrolla sobre el mismo aumenta, la frecuencia de la oscilación circuito de control detecto es cambiada para variar el tiempo de coincidencia de la salida de la compuerta' de' coincidencia 86 y por lo tanto el tiempo correspondiente de accionamiento del circuito biestable o multivibrador 90. La salida del circuito biestable 90 selecciona un régimen de velocidad superior o in- ferior para causar un cambio correspondiente en la salida del circuito de cambios de velocidad 70, avanzando o retardando as a la ganancia del embobinado de la bobina al controlar la vel cidad del motor transversal 64. El sistema de circuitos de falal por demora 88 se us para evitar múltiples pulsaciones de coincidencia, debido a demoras mecánicas, de interrupciones erróneas entre los regíme de embobinado superior/inferior del circuito biestable que ha sido justamente bi-estabilizado. * LA SEGUNDA MODALIDAD La Figura 6b muestra una modificación de la modalida de la Figura 6a en la cual el detector capta movimientos físicos a través die uso de un dispositivo de trinquete o un dispositivo de tornillo. En cada momento las captaciones son en coincidencia al tornillo que es girado a un valor dado, o el trinquete que es movido a través de un valor adecuado de "cli (sonido de manipulación) para reducir la sensibilidad de la £ # ventana detectora, reduciendo así el tamaño del orificio de alargamiento gradual. De modo que los dispositivos de tornill están disponibles como paquetes compoetos para usarse como dis positivos de accionamiento lineal y estar equipdos al construi se los potenciómetros que pueden proporcionar el voltaje de retroalimentación para una colocación más exacta de la captación. De manera que la referencia a la Figura 6b, el detec tor 74 para detectar el movimiento del eje de mandril 52, se monta sobre el montaje de tornillo/trinquete 100 accionado por un motor 102, de manera que el detector 74 sea accionado en dir ción o en alejamiento del dispositivo de accionamiento del dete tor 78 dependiendo de la dirección de rotación del motor 102. E motor 102 puede ser cualquier motor por etapas o un motor de CD y se controla por una salida digital o análoga del circuito de trol 104. Cuando el motor 102 esta en un motor por etapas, ent la salida del circuito de control 104 es digital, y cuando el m tor 102 es un motor de CD, entonces la salida del circuito de control 104 es una señal de control de CD. EL circuito de control 104 es accionado por la salida del circuito de falla por demora 88 y del resto del sistema de circuitos en la Figura 6b que operan en la misma forma como el sistema de circuitos correspondiente en la Figura 6a, como se describió anteriormente. Sin embargo, el sistema de circuitos de control de detector se modifica hasta el grado en que el circuito detector oscilador d __ frecuencia 82' tiene una frecuencia detectora fija, en lugar de una variable. El sistema de circuitos de falla por demora 88 realiz la misma función a la descrita anteriormente con respecto a la Figura 6a. LA TERCERA MODALIDAD L-.a'mgdaliád de la Figura 7 emplea una teconología de microprocesador para calcular la ubicación y el tamaño inicial del orificio de alargamiento gradual y como el embobinado que s esta enrollando. Este método produce un tamaño y ubicación más más exacta de los orificios de alargamiento gradual que como lo hacían en las modalidades de las Figuras 6a y 6b y no requie ren ningún hardware extra, con el uso de un simple software para realizar la función de ajuste del tamaño del orificio cuando el embobinado de la bobina esta en avance. Con referencia a la Figura 7, el proceso de embobinad comprende un motor 108 para accionar el eje de mandril 52, de manera que el motor de CD y de accionamiento, así como el motor 106 para accionar el elemento transversal 58, domo que otro mot de CD y de accionamiento, cuyos componentes son fácilmente usad en los sistemas REELEX actuales. Cada motor 106, 108 tiene un codificador respectivo 110, 112 montados a los mismos para per que el microprocesador 114 conozca la ubicación angular de ' la flecha de mandril 52 y la posición del elemento transversal 48. Los codificadores 110, 112 pueden ser montados respectivamente sobre los motores 106, 108 y con circuitos de conteo a una escala apropiada 118, 120, los régimenes de los engranes respecti entre el motor respectivo y la flecha de mandril y el movimiento transversal se pueden tomar en la contabilización. El proces para generar un orificio de alargamiento gradual de diámetro constante esta programado en la memoria del microprocesador, de manera que ROM/RAM 122 con ciertos parámetros de embobinado variables, tal como el régimen superior, el régimen inferior, e tamaño del orificio y la entrada del diámetro del producto, a t
• vés de un tablero, interruptores de mariposa, o tableros (colec tivamente designados como el componente 116 en la Figura 7) . El tamaño deseado de la abertura del orificio de alargamiento grad se hace entrar como "EL TAMAÑO DEL ORIFICIO" y el parámetro, "E DIÁMETRO PRODUCTO", también se hace entrar. La velocidad de emb binado deseada para la bobina REELEX se inserta a través de un potenciómetro 124, y a través de un convertidor análogo/digital 126 se hace entrar a través del circuito de entrada de control 128 en el microprocesador 114. Cuando el motor de mandril 108 r gresa, el microprocesador 114 rastrea la ubicación del mandril así como la ubicación del elemento transversal 58. El microproc sador finalmente genera salidas de voltaje que corresponden al error entre la ubicación actual del elemento transversal 58 y l ubicación calculada deseada del elemento transversal 58 para producir una bobina REELEX que tiene un tamaño de orificio de alargamiento gradual o substancialmente de un diámetro constant á al controlar los converitdores digitales/análogos del amplifica dor de energía 130, 132 que respectivamente controlan el motor de accionamiento del mandril 108 y el accionamiento del motor transversal 106. El algoritmo completo programado dentro del microproc dor 144 para el embobinado de una bobina REELEX completa no es importante para los propósitos de la presente invención, pero la siguiente descripción de un algoritmo para la formación del orificio de alargamiento gradual. • El tamaño del orificio de alargamiento gradual inici se hace entrar al microprocesador. Cuando por ejemplo, el tama del orificio iniciador es de 40 grados, el microprocesador, co cará al material filamentario abajo por 320 grados como se mue en la Figura 8 , es decir la computadora controla el embobinado del material sobre la superficie del mandril de 0 a 320 ° grad Cuando el diámetro del orificio de alargamiento gradual se va cir para causar que sea constante por el tubo de alargamiento g
• dual, el diámetro de orificio de alargamiento gradual deberá s reducido en ambos lados. En otras palabras, EL TAMAÑO DEL 0RIF CIO NO deberá incrementarse de 320 a una cantidad algo mayor ( como 321, 322,...) y la ubicación cero deberá ser reducida a una cantidad menor, tal como -1, -2 , .... , que es la misma como 359, 358... grados). La reducción final se muestra como B en l Figura 8. La proporción de aumento NO EN EL TAMAÑCTDEL ORIFICI (o la disminución en el tamaño del orificio de de alargamiento
# gradual) depende en el tamamño inicial del orificio de alargamiento gradual y del diámetro del material filamentario que se esta enrollando. El orificio de alargamiento gradual con un diámetro tamaño constante mostrado en la Figura 5b de alguna manera es engañoso debido al concepto del orificio de alargamiento gradu que tiene una circunferencia constante que no se puede lograr fácilmente empleando el sistema REELEX actual debido a que el ancho y el diámetro de la bobina cambian de manera que se forz a un ángulo entrecruzado para disminuir la capa por capa. Lo que actualmente se mantiene constante es la distancia entre los filamentos de material que son tangentes al orificio de al gamiento graduado caundo la bobina esta siendo enrollada. La Figura 9 ilustra el concepto último de mantener c tante la distancia entre los filamentos de material que son ta gentes al orificio de alargamiento gradual. Tres orificios de alargamiento gradual se ilustran en la Figura 9, dichos orificios de alargamiento gradual se colocan en un plano con un cir culo que representa un tubo de alargamiento gradual 140. LOs diamantes 142, 143 indicados en las líneas bien delineadas, re presentan un orificio de alargamiento gradual con una abertura de 36 grados. El diamante interno 142 es del tamaño de un mandril de 20 c (8 pulgadas) y el diamante externo 143 es del ta maño de una embobinadora de 55 cm (18 pulgadas) . Sin embargo, el orificio de alargamiento gradual 142 se elabora de acuerdo con el concepto de diámetro constante de la presente invención y del orificio de alargamiento gradual 143 no lo es. Se hace notar que el diamante mayor 143 no toca al tubo de alargamiento gradual 140, y en consecuencia al orificio de alargamiento g dual 142 esta en contacto con el tubo de alargamiento gradual 140. Lo siguiente es una descripción de la relación compr da entre varios parámetros de embobinado. Las proporciones exa tas de ancho (W) a la longitud (L) del orificio de alargamiento
F gradual (ver la Figura 10) dependen del ángulo a_ y del diámetr de la bobina (o de la capa) . Las siguientes variables y consta tes se usan en las fórmulas discutidas en la presente. P = tamaño del orificio de alargamiento gradual inicial P = tamaño del orificio de alargamiento gradual Mw= Ancho del mandril D = diámetro del mandril/bobina W = ancho del orificio de alargamiento gradual w = W/2 r = radio del tubo de alargamiento gradual L = Longitud del orificio de alargamiento gradual H = L/2 a= ángulo entre el material enrrollado y la línea central de l bobina en el orificio de alargamiento gradual En la descripción de un primer ejemplo de la operación de un orificio de alargamiento gradual de diámetro cons tante de acuerdo con la invención, se asume que la salida tran versal es sinusoidal, de manera que el patrón de bobina tambié es sinusoidal. El despalzamiento sinusoidal se muestra en la Figura 11 y se define por la siguinte ecuación: Y = (Mw/2) Sin ( X/D) , en donde Y se define como el desplazamiento transversal. (EQ 1) a = Tan-1 (Y' ) , en donde Y' = Dy /dx Y' c = (Mw/2D) cos ( X/D) Y" c = MW/wD para x = 0 El ángulo a_ se encontró desde el primer derivativo de la primera ecuación anterior que define el patrón de la bobina. L a derivación simple se muestre al iniciar la EQ 1. Para un enrollamiento típico de la bobina sobre un mandril que tiene un diámetro de 20 cm (8 pulgadas) , el ángulo a es 23.63 grados y para la bobina de 55 cm (18 pulgadas) , el ángulo a es de 16.9 grados . Estos ángulos se calcularon como sigue: Para la bobina/mandril de 20 cm (8 pulgadas) = tan -i
(3.5/8) = 23.63 grados Para la bobina /mandril de 55 cm (18 pulgadas) = tan - (5.5/18) = 16.99 grados Con referencia a la Figura 10, cuando L se conoce (o calcula) y el diámetro de la bobina D es conocido, entonces el ángulo del orificio de alargamiento gradual es (EQ 2) P = 360 (L/ D) Resolviendo para L y de La Figura 10 : _____ Sin 0 = r/ (0 -= 90 -a ) , en donde de la EQ 1 , a = tan-1 (Mw/2) de x = 0 = r/sin 0; H = tan 0 L = 2H = 2 tan0= 2 tan (90-tan-1 (Mw/D) ) (EQ 3) = (2rtan (90-tan-1 (Mw/D) ) )/sin (90-tan-1 (Mw/D)) = 2r/cos (90-tan~ (Mw/D) por lo tanto: (EQ 4) P = (720r)/ DCos (90-tan"1 (Mw/D) ) /720 (EQ 5) r = D cos (90-tan -1 (Mw/D) )/720 Empleando los ángulos calculados anteriormente en (EQ 4) y con un tubo de alargamiento gradual de una pulgada (2.54 cm) ( r = .5) , el ángulo mínimo para el orificio de alargamiento gradual es calculado como de 36 grados. Cuando el diá metro del material enrollado es tomado en la contabilización de tamaño del orificio deberá aumentarse. Cuando un material de un diámetro de .25 pulgadas se asume, el orificio de alargamiento gradual mínimo aumenta a 39.33 grados. Para la siguiente descri ción la línea central del material será considerado. El ángulo de los 36 grados es la abertura que deberá quedar sobre la superficie del mandril de 8 pulgadas para recibir un tubo con un diámetro de una pulgada. Debido a que la disminución en el ángu a. con el diámetro de la bobina, el tamaño del orificio no puede disminuir proporcionalmente con el diámetro de la bobina. Es de cir, aunque la bobina terminada es de 55 cm (18 pulgadas), o 2.25 veces más grande que el mandril, el orificio no puede disminuir a 16 grados (36 grados divididos por 2.25). En lugar d la fórmula que se debe usar empleando Mw = 5.5 y D = 18. Esto produce un orificio acabado de 21.79 grados. Cuando la computa dora conrola el proceso de .embobinado, se programa para resolve la (EQ 4) , empleando el diámetro de la bobina como una variable que se puede calcular del diámetro del producto y el número de capas enrolladas, la diferencia entre el orificio de alargamiento gradual de inicio y el orificio de alargamiento gradual para la capa actual se puede calcular. Entonces al dividir esta can-tidad por 2 y agregar el resultado al limite superior del TAMAÑ NO DEL ORIFICIO y substraer el resultado de cero (el límite inf rior del TAMAÑO QUE NO ES DEL ORIFICIO) , el orificio de alargamiento gradual se mantendrá a un ancho constante para recibir e tubo de alargamiento gradual. (EQ 4) muestra la relación entre el tamaño del orific y el ancho del mandril, el diámetro de la bobina y el radio del tubo. Las máquinas de REELEX actuales (configuradas aproximadamente como en la Figura 7) no calculan - la longitud L del tubo de alargamiento gradual o el tamaño del orificio P. En lugar de que eitamaño del orificio inicial Po se alimente, y cuando un nuevo embobinado de la bobina empieza , las máquinas REELEX cal culan el radio r del tubo de alargamiento gradual en base al v lor del tamamño del orificio (P) , y las constantes Mw y D (EQ 5) Una vez que r es conocida, (EQ 4) se usa con el diámetro D de la bobina /mandril como la variable. Con cada capa de material filamentario enrollado, el valor de D se incrementa por dos •(reces el diámetro del material fialmentario (tamaño) . La com tadora conoce cuando la capa esta completa debido a que control la formación del orificio de alargamiento gradual. Sin embargo, la práctica de los patrones de bobina no siempre son sinusoidales debido a la salida transversal que no siempre es sinusoidal. Por ejemplo, al iniciar desde un extremo del movimiento transversal, un patrón transversal actualmente usado es sinusoidal para 30 grados, lineal para 120 grados y sinusoidal para 30 grados. Este patrón es repetido para el reg del elemento transversal. La Figura 12 muestra tal patrón como un desplazamiento transversal en grados. Estos patrones de bob na resultantes se muestran para los radios de la bobina de 4 a pulgadas. Los patrones de la Figura 12 se calculan exactamente empleando una simulación de computadora. El eje horizontal rep senta el desplazamiento del elemento transversal en grados. Cu lo la inclinación de las curvas se toma desde la gráfica en ca diámetro cuando pasa a través del eje horizontal, el ángulo a se puede encontrar al emplear la curva correspondiente al radi diámetro de la bobina. Las siguientes ecuaciones se aplcian para el patrón transversal que no es sinusoidal: Dado por Po y D, el diámetro del mandril al iniciar la bobina: L = 360 PoD y H = (1/2) L, entonces (EQ 6) cos (a) = r/h = 2r/L y • r = L cos (a)/2 = (360 PoD cos (a) ) /2 = 180 PQD Cos (a) y Let Ko = D cos (a) Por - lo consiguiente: r = 180 KoP (N.B.) Ko puede ser observado" puesto que D es el diámetro die mandril. Una vez que r se conoce, L se puede calcular y por lo consiguiente- P puede ser calculado. P= se calcula como sigue: P = 360/L D y de (EQ 6) : Cos (a) = 2 r/L L = 2r/cos (a) y # (EQ 7) P = 360 x 2r/ D Cos (a) = 720r/ D Cos (a) Let Ko = D Cos (a) , por lo tanto: P = 720/Ko Por ejemplo, para determinar el ángulo a. para una bobina de un radio de 9 pulgadas, el eje de mandril se mueve a través de 51 grados cuando la ganancia de la bobina cambia de +1 a -1. Para una bobina de radio de 4 pulgadas, el movimiento del eje de mandril es de 66 grados. Esto representa ángulos par a de 14.02 y 23.46 grados respectivamente. Eos cálculos son c mo siguen con referencia a la Figura 12: En una bobina de radio de 4 pulgadas (8 pulgadas de d metro) , S = 66 grados; en donde S es el desplazamiento del e de mandril. La circunferencia es de : C . = 66/360 x 8 // = 4.608 p gadas El patrón de desplazamiento de la bobina es de 2 pulg das (+/- 1 pulgada) • En una bobina con un radio de 9 pulgadas (con un diámetro de 18 pulgadas) , S = 51 grados, La circunferencia es : Cq = 51/360 x 18 8.011 Tan (a). = 4.608/2 = 23.46 grados y Tan (a)4 = 8.011/2 = 14.02 grados Al emplear estos resultados para el ángulo (a) y calc lar el tamamño mínimo del orificio para el diámetro de 8 pulgad y el diámetro de 18 pulgadas con un tubo con un diámetro de 1 p gada, es evidente que el orificio de alargamiento gradual deberá iniciar con 36 grados y terminar con 26.2 grados. La Figura 13 muestra el área alrededor del orificio de alargamient gradual para una bobina de 8 pulgadas de diámetro y de 18 pulga de diámetro sobrepuesta una con la otra. Las aberturas del orificio (150 y 152 pueden compararse con aquellas de la Figura 9. Como se puede apreciar mejor, los orificios de inicio son similares, pero los orificios de alargamiento gradual final son bastante diferentes. Esto se debe al patrón de bobina para una bobina de 18 pulgadas seguida por un patrón transversal más cer no que el de una bobina de 8 pulgadas. Por lo tanto, la porción lineal del elemento transversal (para 120 grados a través del centro) se coloca fuera de la superficie plana en la bobbina casi completamente determina el ángulo (a) para las bobinas más grandes. Para los patrones transversales tal como estas, la cosa más simple de hacer es establecer una tabla en la memoria de la computadora y tener una computadora de "búsqueda" o inter polar el valor del ángulo (a') para cada diámetro del orificio de alargamiento gradual. Una vez que el valor de (r') se conoce, el valor de P puede calcularse empleando la (EQ 7) . Un procedimiento simple para el calculo anterior es como sigue: (1) Se INICIA con el botón oprimido? „.Si NO entonces ir a (1) (2) D = 8. buscar Ko (Ko = 3.14159 x Cos (a) en la tabla y leer Po (tamaño de orificio de mariposa) Calcular r = 180 x Ko x Po (EQ 6) B= 0 (como se contraerá el orificio en cada lado) (3) aparato de embobinado Inicio (permite las interru ciones, entradas, etc., inhabilita el inicio, etc.) (4)¿E3,ta oprimido el botón de detención? Si No es así ir a (4) Parte del algoritmo para producir la bobina puede contener los siguiente procesos: (1) ¿ Esta una capa terminada ? Si NO es así entonces ir a (3) (2) Buscar Ko para el nuevo diámetro de la bobina Calcular P = 720 X r/Ko Calcular B = = (Po - P)/2 (como se contraerá el orifi de alargamiento gradual en cada lado) (3) el resto del algoritmo de la bobina de REELEX.... La siguiente Tabla es un diagrama de "búsqueda" para usarse con la invención, y en particular con la modalidad de la Figura 7, y que muestra la relación entre (1) el diámetro de la bobina,; (2) el valor de Ko; (3) el valor del ángulo a'; y (4) la ubicación relativa en ROM o RAM de la memoria de la computadora 122 del sistema de circuitos de control de embobinado de la Figura 7. El concepto del uso de tal Tabla de "Búsqueda" es simplemente que el procesador en efecto mueve un punto más abaj las hileras de la Tabla después de qué cada capa es enrollada - y se usa la información en esta columna (ubicación) como el • valor de Ko. En tal ejemplo, los números en las columnas 1-3 de la tabla de "Búsqueda" pueden no ser necesarias. Sin embargo tal información aparece en la Tabla para los propósitos de clar al describir la operación de la invención. La discusión antes mencionada entonces conduce a una manera alterna para obtener la información necesaria, principal mente programar el procesador para resolver las ecuaciones ne- csarias descritas anteriormente en un tiempo real. Es posible, debido a por ejemplo, las curvas de la Figura 12 que se puedan calcular para cada diámetro en un tiempo real, haciendo así la interpolación incesaria. Las bobinas producidas que emplean los métodos de la formación del orificio de alargamiento gradual descritos en la presnete. muestran una reducción total en el diámetro de una pulgada o más de 18 pulgadas de bobinas enrolladas sobre un mandril de 8 pulgadas. Es más del 7% como se mención previamente, pero como se predijo, las bobinas también tienen menos - "deformación" . Será evidente ßara aquellos con experiencia en la técnica que el método y aparato descrito en la presente puede ser modificado en relación con los componentes descritos en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención que no se limita a los componentes específicos descrito en la presente sino por el alcance que se determina por las reivindi-