PT1258558E - Cabo dinâmico e processo e instalação para a sua fabricação - Google Patents

Description

A invenção refere-se a cabos de elevação ou de tracção, também chamados cabos dinâmicos, uma vez que trabalham normalmente em tracção, mas submetidos também a flexões sob cargas susceptíveis de variar fortemente. Estes cabos, são, nomeadamente, cabos para máquinas de elevação ou de tracção, enrolados no tambor de um guindaste.

Os cabos do tipo aqui considerado são classicamente constituídos por, pelos menos, uma camada de toros de fios de aço enrolados em hélice numa alma central. 0 enrolamento é efectuado por meio de uma cabeça de cablagem rodeando a alma, sendo a cabeça animada por um movimento de rotação sobre si própria e depositando de forma continuada os toros sobre a alma central ao deslocar-se.

As características exigidas para os cabos atrás mencionados são, nomeadamente, uma flexibilidade importante, uma boa regularidade diametral assegurando um alongamento permanente regular, e uma boa resistência à abrasão. Para explicações complementares sobre as características exigidas para estes cabos e para os constrangimentos aos quais devem responder, poder-se-á referir, por exemplo, o pedido de patente francês registado sob O N° 93 08648 .

Um tipo de cabo habitualmente utilizado para os fins atrás citados é um cabo misto com oito toros de fio de aço enrolados em hélice numa alma de têxtil natural de fibras duras, por exemplo, de sisal. Conhece-se também um cabo semelhante, mas cuja própria alma é mista, digamos, constituída por toros metálicos e por fibras têxteis de enchimento. Os cabos dinâmicos podem também ser cabos de toros metálicos numa alma metálica independente ou não. Conhecem-se, por exemplo, cabos com doze toros exteriores bobinados sobre uma alma independente do tipo Warrington, ou ainda cabos de nove toros exteriores sobre uma alma metálica independente, também ela de nove toros.

Os raios de curvatura relativamente pequenos, aos quais o cabo está sujeito neste tipo de aplicações, provocam fortes flexões do cabo no seu conjunto, mas geram sobretudo diferenças sensíveis de trajectórias entre os diferentes toros e também entre os fios que os constituem. Há portanto deslocamentos relativos repetidos de um dos toros relativamente a um outro, o que pode já provocar desgastes e alongamentos locais apenas por atrito. Além disso, a curvatura do cabo, quando aliás está em carga, isto é, submetido a esforços de tracção, provoca fortes pressões transversais entre os fios em contacto, o que conduz a uma perda de velocidade transversal do cabo e provoca facilmente desgastes por entalhes. Estes entalhes acabam por reduzir localmente a secção dos fios, e são portanto negativos para a resistência e para o tempo de vida dos cabos. Além disso, estas reduções de secção podem favorecer o alongamento, o que é particularmente de evitar em aplicações em cabos para ascensores.

Conhece-se já a utilização de cabos com fibras naturais tipo sisal ou sintéticas (polipropileno), cuja função é formar uma guarnição inserida entre as diferentes camadas de toros. Visa-se desta maneira evitar, ou pelo menos, limitar, o atrito dos fios ou toros uns contra os outros, e os riscos de entalhes daí resultantes. Um ponto comum destas inserções de materiais não metálicos é que não participam directamente na retoma de tensão no cabo, isto é, não contribuem directamente para o aumento de resistência à tracção do referido cabo.

Foi já proposto pelo documento FR-2783585 colocar entre a alma e os toros exteriores um invólucro de poliamida visando, nomeadamente, a formação de uma camada que reparta as pressões exercidas radialmente pelos toros sobre a alma que encerram. Mas, o efeito de um tal invólucro fica limitado ao interface entre a alma e os toros, e a sua introdução põe problemas quando da fabricação do cabo.

Conhecem-se também cabos que incluem entre a alma e os toros exteriores uma camada de material plástico, nomeadamente, polietileno. Numa primeira fase de fabricação, o polietileno é depositado na alma por extrusão de maneira a envolver a referida alma. A alma assim envolvida é rebobinada e guardada à espera de utilização. Depois, quando da cablagem, a alma é de novo desenrolada e o invólucro plástico que rodeia a alma é aquecido para o amolecer suficientemente e permitir que os toros sejam colocados em espiral em torno da alma, de maneira clássica, mas incrustando-se no material plástico amolecido no ponto da cablagem. Mas, um processo de fabricação como este exige várias operações de desbobinagem e rebobinagem, assim como um consumo de energia não negligenciável necessário para amolecer o material plástico quando da cablagem.

Este gasto energético poderia ser economizado graças ao processo de plastificação de cabos proposto no documento FR-2553442, e no qual a alma previamente plastificada é reunida aos toros, eles próprios envolvidos em material plástico. O material plástico é injectado nos toros mesmo ao nível do dispositivo de torção os cabos, de tal maneira que o envolvimento e a montagem dos toros se faz em simultâneo no ponto de cablagem. Mas um tal processo de fabricação de cabos necessita sempre de várias operações de desbobinagem e de rebobinagem, uma vez que a alma deve ser previamente plastificada afim de assegurar a presença de uma camada protectora entre a alma e os toros. Além disso, o material plástico injectado encontra-se no estado viscoso no momento do envolvimento dos toros, e é só depois da montagem que coagula. Ora, durante a operação de montagem, este material relativamente fluido pode escoar-se, dando origem a desequilíbrios na espessura da camada protectora que se situa entre os toros. Além disso, os toros podem deslizar uns em relação aos outros, reduzindo, digamos, eliminando, a camada de material plástico que os separa. A presente invenção visa a fabricação de um cabo composto que inclui nos espaços livres entre toros um material plástico que assegura um enchimento, pelo menos, parcial destes espaços, ficando o cabo obtido particularmente adaptado para uma utilização como cabo de tracção ou cabo de elevação, isto é, de uma maneira geral, em todas as aplicações em que o cabo entra em serviço após ser sucessivamente enrolado e desenrolado num tambor ou elemento semelhante.

Visa, em particular, aumentar o tempo de vida útil deste cabo, reduzindo, nomeadamente, o fenómeno de desgaste entre si por entalhe dos toros. Visa também permitir uma fabricação económica sem modificações importantes das instalações de cablagem existentes. Visa também permitir depositar numa única operação uma camada de material plástico destinada a ficar colocada entre a alma e os toros e entre os toros.

Tendo estes objectivos em vista, a invenção tem por objecto um processo de fabricação de um cabo dinâmico que inclui uma multiplicidade de toros dispostos em torno de uma alma, sendo os espaços entre toros e/ou entre a alma e os toros preenchidos, pelo menos, parcialmente, por um polímero, processo segundo o qual constrói o cabo depositando em torno de uma alma posta em movimento uma multiplicidade de toros enrolados em hélice, processo caracterizado por se depositar durante o movimento um composto que pode ser polimerizado sobre a alma e/ou sobre os toros num ponto de revestimento longe a montante do ponto de cablagem no sentido do movimento da alma, compreendendo o referido composto depositado um pré-polímero e um agente acelerador de polimerização, sendo a composição do referido composto e o afastamento do ponto de revestimento determinados de maneira a que os toros ficam enrolados em torno da alma quando a polimerização em curso do composto depositado está suficientemente avançada para que o polímero formado esteja no estado visco plástico, uma camada de revestimento pastosa, mas ainda suficientemente fluida para fluir nos interstícios entre a alma e os toros, e entre os toros, e que a polimerização só termine quando o cabo, uma vez constituído, é enrolado na bobina receptora.

Uma vantagem importante da invenção é que a integração do referido polímero na estrutura do cabo não necessita de operações suplementares, uma vez que é colocado simultaneamente com a operação de cablagem, o que torna o processo particularmente económico.

De acordo com uma primeira forma de realização, o composto, que pode ser polimerizado, é depositado apenas na alma do cabo (por uma cabeça de injecção que rodeia a alma),

De acordo com uma disposição alternativa, o composto que pode ser polimerizado é depositado por revestimento em conjunto na alma e nos toros e o excesso eventual na superfície do cabo após a cablagem é retirado após a cabeça de montagem e antes que o cabo seja bobinado na bobina receptora. Esta disposição permite preencher com eficácia todos os interstícios entre a alma e os toros.

De um modo preferido, também o material polímero é poliuretano, cuja introdução quando da fabricação do cabo é particularmente propícia a uma boa penetração entre os toros, como se verá em seguida. Além disso, o seu custo ê moderado e não agrava portanto o custo do cabo obtido. O composto que pode ser polimerizado é de facto realizado exactamente antes do revestimento e as condições de execução devem assegurar que o composto depositado estará, nas condições de fabricação do cabo, nomeadamente, nas condições de temperatura e de velocidade de deslocação, no estado suficientemente pastoso exactamente após o revestimento para aderir à alma e formar na referida alma até ao ponto de cablagem uma camada de envolvimento maleável, semi sólida, análoga à pasta de modelar, preparada portanto para moldar os toros que aí se depositam. A sua aderência aos fios e toros que constituem o cabo permitirá preencher, por circulação, sob o efeito da pressão resultante do enrolamento dos toros exteriores na alma, os espaços não ocupados pelos referidos toros ou pela alma, isto sem que o material em curso de polimerização corra para o exterior do cabo e não se agarre aos elementos da máquina de cablagem, por exemplo, os rodízios guia ou outros órgãos que ficam em contacto com o cabo formado. A seguir, a polimerização deve terminar após o cabo formado, por exemplo, quando o cabo está já enrolado na bobina receptora da máquina de cablagem, ou, pelo menos, num estado suficientemente estável geometricamente, de maneira que o estado de polimerização, vulgarmente chamado fase de "endurecimento frágil", só intervenha quando os toros exteriores não puderem deslocar-se, um relativamente ao outro e relativamente à alma, no cabo que está a ser fabricado.

Os componentes da mistura utilizada devem de facto ser determinados de maneira que a cinética da reacção de polimerização apresente: uma primeira fase da polimerização que conduza a mistura ao estado pastoso anteriormente indicado, devendo esta primeira fase ser curta ou mesmo muito curta para assegurar a boa manutenção do cilindro sobre a alma do cabo desde que é ali depositado, e uma segunda fase de continuação de polimerização, na qual o polímero se mantém pastoso o maior tempo possível antes de atingir a fase de endurecimento frágil, isto bem entendido tendo em conta a velocidade de deslocação do cabo quando da sua fabricação, para poder terminar a operação de cablagem e fixar a posição relativa dos toros e da alma deixando os toros incrustarem-se no polímero sem risco de fissuras no polímero formado. 0 poliuretano revelou-se particularmente preparado para responder aos constrangimentos e objectivos anteriormente visados. Assim, o poliuretano enche praticamente de uma maneira total os espaços situados entre a alma e os toros, por um lado, envolvendo o mais próximo possível a superfície da alma e mesmo inserindo-se entre os fios ou toros constitutivos, conforme o caso, da camada exterior da alma e, por outro lado, prolongando-se entre dois toros exteriores adjacentes quaisquer até ao nível em que os referidos toros estão mais próximos um do outro, isto é, ao nível da linha ao longo da qual os referidos toros exteriores podem ser conduzidos a ficar em contacto, permanente ou ocasional, durante a utilização.

No cabo terminado, cada toro tem assim a sua colocação determinada pelo poliuretano que se polimerizou no seu contacto dando origem a uma espécie de goteira de acolhimento correspondendo com precisão às dimensões e formas exteriores do referido toro. Devido a isto, os riscos de contacto e de atrito indesejáveis entre toros vizinhos ou entre toros e a alma são consideravelmente reduzidos.

Além disso, não só os toros se mantêm na sua goteira respectiva, como atrás indicado, mas também, devido ao facto da inclinação dos fios relativamente à direcção longitudinal dos toros, cada fio se encontra da mesma forma mantido, ao nível da superfície exterior do toro, na sua própria mini goteira de dimensão de facto mais pequena que para os toros, mas sobretudo inclinada relativamente à direcção longitudinal da goteira dos toros. Resulta desta inclinação relativa que os toros não podem deslizar longitudinalmente nas suas respectivas goteiras.

Assim, globalmente, não só os toros são mantidos entre si e em relação à alma no sentido ortogonal à direcção longitudinal do cabo, mas também são mantidos entre si, na referida direcção longitudinal. Não poderá portanto na prática produzir-se o deslizamento relativo entre toros na direcção longitudinal, o que evita os atritos e limita portanto consideravelmente o desgaste dos fios que constituem os toros. Além disso, manter a relação dos toros entre si na direcção longitudinal assegura uma repartição das cargas em serviço que pode ser mais homogénea que quando os toros podem deslizar um relativamente ao outro.

Com efeito, nos cabos de acordo com a técnica anterior, os movimentos relativos de rastejo dos toros uns sobre os outros, combinados com cargas repartidas de forma desigual, podem conduzir a sobre alongamentos de certos toros, podendo estes sobre alongamentos irem até gerar uma dilatação localizada no cabo, formando o toro em sobre alongamento uma espécie de excrescência em anel ainda chamada "gaiola de pássaro", prejudicial para a resistência e durabilidade do cabo. Bloqueando os deslizamentos dos toros relativamente às suas goteiras moldadas no poliuretano, a invenção permite evitar estes problemas opondo-se a qualquer veleidade de deslocamento relativo dos toros. A flexibilidade necessária do cabo para o seu funcionamento dinâmico de deflexões e correcções sucessivas quando do enrolamento nos tambores ou da passagem sobre as polias, é no entanto conservada graças às capacidades de tenacidade e à forte taxa de alongamento elástico do poliuretano, que lhe permite seguir as deformações normais de flexão do cabo em serviço, mesmo combinadas com fortes tracções, sem fissuras ou outras deteriorações. Também, os micro deslizamentos inevitavelmente subsistentes entre toros ou fios vizinhos, quando das flexões do cabo, são facilmente absorvidos pela elasticidade do poliuretano, sem que se produza estiramento do poliuretano nos interfaces entre os referidos toros ou fios. A invenção tem também por objecto uma instalação para a fabricação de cabos que inclui meios para fazer deslocar uma alma de um cabo, e uma cabeça de cablagem para colocar em hélice em torno da alma uma multiplicidade de toros e que inclui meios para revestimento para colocar na alma e/ou nos toros um composto que pode ser polimerizado, sendo a instalação caracterizada por os referidos meios de revestimento ficarem afastados a montante da cabeça de cablagem relativamente ao sentido do deslocamento da alma, e por compreenderem: um reservatório de pré-polímero, um reservatório acelerador de polimerização, e uma cabeça de injecção com uma câmara de mistura ligada aos referidos reservatórios, sendo os referidos meios de revestimentos comandados de maneira a depositar na alma e/ou nos toros em deslocação uma camada pastosa do referido composto, assim obtido por mistura, e cuja poiimerização já começou.

De acordo com uma disposição particular, os referidos meios de revestimento têm uma cabeça de injecção envolvendo a alma e comandada de forma a depositar a referida camada pastosa apenas em torno da alma. A invenção tem ainda por objecto um cabo obtido de acordo com o processo anteriormente indicado, que inclui uma multiplicidade de toros dispostos em torno de uma alma, os espaços entre a alma e os toros e entre si são preenchidos por um polímero à base de poliuretano, caracterizado por o referido produto se prolongar entre dois toros exteriores adjacentes quaisquer até ao nível em que os referidos toros estão mais próximos um do outro.

Outras características e vantagens surgirão da descrição que vai ser feita, a título de exemplo, de realização de um cabo de acordo com a invenção e da sua instalação de fabricação, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é um corte de um cabo de acordo com a invenção; a figura 2 é uma representação esquemática da instalação de fabricação. 0 cabo 9, representado em corte na figura 1, compreende uma alma 1 que é, por exemplo, uma alma metálica constituída por um conjunto 5 de toros, aqui em número de sete (1+6) , sendo cada um formado por dezassete fios 6 de aço torcidos colocados em duas camadas no núcleo central (1+8+8) . A natureza e a constituição da alma não são todavia de forma nenhuma limitativas da invenção. A alma poderá também incluir toros compósitos. A alma 1, cujos limites são simbolizados pelo círculo 10, é envolvido por uma única camada de toros 2 (aqui em número de oito), cada um formado por trinta e um fios 7 de aço e organizados em três camadas (1+6+12+12) . Os toros 2 são enrolados em espiral sobre uma espécie de invólucro 3 de poliuretano que contém a alma, estando quase metade dos toros incrustados no referido invólucro. Deve notar-se acidentalmente que não há colagem nem aderência particularmente procuradas entre os toros ou entre os seus fios constitutivos e o poliuretano, resultando a manutenção em posição dos toros em relação ao referido invólucro essencialmente da interacção geométrica entre as formas de superfície dos toros e as formas em goteira correspondentes na massa do poliuretano, evocadas anteriormente. Uma vantagem suplementar é que, do facto de uma tal aderência não ser pretendida, não há necessidade de operações antecipadas de preparação, de limpeza, de desengorduramento, etc. da alma ou dos toros.

Este cabo é realizado numa instalação de fabricação de cabos, como representada na figura 2. Esta instalação inclui meios para fazer deslocar a alma 1 e o cabo formado no sentido da seta F, incluindo estes meios bobinas 11 de débito de esvaziamento dos toros 5, constituídos pela alma 1, e uma bobina 12 receptora de enrolamento do cabo 9 acabado.

Uma cabeça 13 de cablagem, de tipo bem conhecido, assegura o enrolamento em hélice sobre a alma 1 dos toros 2 provenientes de bobinas de débito respectivas esquematizadas em 14.

Na trajectória da alma, afastada para montante da cabeça 13 de cablagem, por exemplo, numa vintena de centímetros, está colocada uma cabeça 15 de injecção que deposita, quando passa sobre a alma, um composto 3 que pode ser polimerizado. Este último, i base de poliuretano, é realizado na cabeça 15 de injecção, por mistura de um pré-polímero contendo isocianatos, e de um acelerador de polimerização. Outros produtos com propriedades equivalentes podem também ser utilizados.

Para este efeito, a cabeça de injecção é dotada de uma câmara de mistura ligada aos dois reservatórios: um reservatório de pré-polímero e um reservatório de acelerador de polimerização. São previstos meios de regulação de débito à saída dos reservatórios. É, com efeito, necessário poder ajustar as proporções dos diferentes compostos da mistura afim de se obter a consistência procurada do polímero em formação no momento da montagem do cabo.

Assim, com os componentes acima indicados, são obtidos bons resultados quando a relação em peso dos compostos introduzidos na cabeça de injecção é de 20 gramas de acelerador de polimerização para 100 gramas de pré-polímero. 0 poliuretano 3 depositado é depositado na alma em estado pastoso. No caso em que o poliuretano depositado se encontre em excesso, será retirado por qualquer meio adequado após a sua saída da cabeça de cablagem. Isto pode acontecer quando a composição do cabo conduz a que o espaço entre toros seja relativamente importante e que o desejemos preencher; ou quando voluntariamente a quantidade de composto depositado sobre a alma é determinada para poder fluir para lá da referida linha de menor distância entre toros adjacentes, para assegurar e poder controlar que, pelo menos, uma península 4 de polímero estará presente entre os fios de dois toros adjacentes, como se vê, por exemplo, na figura 1. A invenção não fica limitada ao cabo e ao processo anteriormente descritos, apenas a título de exemplo. Em particular, o número e a composição dos toros e a composição da alma poderão ser modificados.

Lisboa, 21 de Setembro de 2007

Claims (8)

1. EimiK Processo de fabricação de um cabo (9) dinâmico que inclui uma multiplicidade de toros (2) colocados em torno de uma alma i 1}, sendo os espaços entre os toros e/ou entre alma e toros preenchidos, pelo menos, parcialmente, por um polímero (3), processo segundo o qual se forma o cabo depositando em torno de uma alma em deslocamento uma multiplicidade de toros enrolados em hélice, caracterizado por se depositar, durante a deslocação, um composto (3) , que pode ser polimerizado na alma e/ou nos toros, num local de revestimento afastado a montante do ponto de cablagem no sentido de deslocamento da alma, compreendendo o referido composto um pré-polímero e um agente acelerador de polimerização, sendo a composição do referido composto e o afastamento do local de revestimento determinados de maneira que os toros sejam enrolados em torno da alma quando a polimerização em curso do composto colocado está suficientemente avançada para que o polímero formado esteja num estado visco plástico próprio para formar uma camada de revestimento pastosa mas ainda suficientemente fluida para fluir nos interstícios entre a alma e os toros, e entre os toros, e que a polimerização só termine quando o cabo esteja formado.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o composto (3) , que pode ser polimerizado, só ser depositado na alma (1),
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o composto, que pode ser polimerizado, ser depositado por revestimento em conjunto na alma (1) e nos toros (2).
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o polímero utilizado ser à base de poliuretano.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o composto (3) , que pode ser polimerizado, ser realizado exactamente antes do revestimento, por mistura em proporções pré-determinadas de um pré-polímero que contém isocianatos e de um acelerador de polimerização.
6. 6. Instalação para fabricação de cabos que inclui meios (11, 12) para fazer deslocar uma alma (1) de um cabo, e uma cabeça (13) de cablagem para depositar em hélice em torno da alma uma multiplicidade de toros (2), e incluindo meios de revestimento para depositar sobre a alma e/ou sobre os toros um composto que pode ser polimerizado, caracterizada por os referidos meios de revestimento estarem afastados a montante da cabeça de cablagem relativamente ao sentido da deslocação da alma, e por compreenderem: um reservatório de pré-polímero, um reservatório de acelerador dte poXiáâèri, & uma cabeça de injecção com câmara de mistura ligada aos referidos reservatórios, sendo os referidos meios de revestimento comandados de maneira a depositar na alma e/ou nos toros em deslocamento uma camada pastosa do referido composto assim obtido por mistura e cuja polimerização tenha já começado.
7. 7. Instalação de fabricação de cabos de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por os referidos meios de revestimento incluírem uma cabeça de injecção que envolve a alma e é comandada de maneira a depositar a referida camada pastosa na alma.
8. 8. Cabo que inclui uma multiplicidade de toros (2) cablados em torno de um alma (1) sendo os espaços entre a alma e os toros preenchidos por um polímero (3) à base de poliuretano, caracterizado por o referido material se estender entre dois toros exteriores adjacentes quaisquer até ao nível em que os referidos toros estão o mais próximos um do outro. Lisboa, 21 de Setembro de 2007