ES2328248T3

ES2328248T3 - Cable de acero fino con enlongacion estructural baja.

Info

Publication number: ES2328248T3
Application number: ES04817382T
Authority: ES
Inventors: Stijn Vancompernolle; Paul Bruyneel; Bert Vanderbeken
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: SI1680610T1; DE602004022188D1; CN1875205A; KR20120049342A; EP1680610B1; KR101182725B1; WO2005043003A1; US20070089394A1; CN100523542C; KR101184642B1; PL1680610T3; EP1680610A1; ATE437318T1; KR20060101482A

Abstract

Un cable de acero fino para refuerzo de una cinta sincrónica, comprendiendo dicho cable de acero fino al menos dos hebras que tienen un primer número de torsiones Nc por unidad de longitud en una primera dirección de colocación en dicho cable, comprendiendo cada una de dichas hebras al menos dos filamentos de acero que tienen un segundo número Ns de torsiones por unidad de longitud en una segunda dirección de colocación en dichas hebras, siendo dicha dirección de segunda colocación opuesta a dicha dirección de primera colocación, teniendo dichos filamentos un diámetro entre 30 y 250 µm, caracterizado porque el número de torsiones por unidad de longitud de dicha hebra que se ha obtenido localmente durante la torsión de dicho cable es inferior a Nc+Ns de tal modo que cuando dicho cable se somete a 20 ciclos de carga, comenzando cada ciclo de carga para 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino, aumentando hasta 20% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino y volviendo a 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino, dicho cable de acero fino tiene una elongación estructural en el lado de retorno de dicho ciclo de carga vigésimo inferior a 0,09% a 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino.

Description

Cable de acero fino con elongación estructural baja.

Campo de la invención

La invención se refiere a un cable de acero fino para refuerzo de una cinta sincrónica.

Antecedentes de la invención

Las cintas sincrónicas se han incorporado en muchas máquinas de precisión; en automóviles, en aparatos periféricos de ordenador tales como impresoras y máquinas copiadoras, en sistemas de posicionamiento y en muchas otras aplicaciones. En la técnica, las mismas se conocen también bajo otros nombres tales como "cintas dentadas", "cintas de transmisión" o "cintas temporizadoras". En lo que sigue se seguirán los términos y definiciones de acuerdo con la especificación ISO 5288-1982. Las especificaciones de la industria DIN 7721-1989 e ISO 5296-1:1989 definen las dimensiones y tolerancias de las cintas sincrónicas disponibles comercialmente. Las cintas sincrónicas se aplican donde es esencial la transmisión de potencia o el desplazamiento longitudinal preciso continuo o gradual de la cinta o el posicionamiento angular preciso a lo largo de una distancia mayor. Uno de los requisitos principales exigidos para una cinta sincrónica es la tolerancia en la longitud de paso (véase ISO 5288 para la definición), que determina a su vez el paso de los dientes. Dependiendo de las dimensiones de la cinta, la tolerancia de la longitud de paso varía desde \pm0,28 mm para una longitud de paso de 100 mm (0,28% a \pm1,46 mm para una longitud de paso de 3620 mm (o 0,04%, véase DIN 7721)). En la práctica, las tolerancias expuestas por la especificación DIN 7721 no son ya suficientes a medida que los usos de las cintas sincrónicas se extienden a lo largo de distancias mayores o requieren mejor control de precisión. Asimismo, el ajuste entre el diente de la cinta y la rueda dentada tiene que mantenerse muy preciso durante el uso de la cinta. Las tolerancias arriba mencionadas son aplicables únicamente para cintas sincrónicas nuevas. Cualquier desajuste durante el acoplamiento del diente al rebajo del engranaje conducirá a un desgaste prematuro de la cinta o incluso a que los dientes se salgan del engranaje. El problema del "control dimensional" ha surgido por consiguiente para las cintas sincrónicas.

A lo largo de los años, los cables finos de acero se han convertido en un refuerzo preferido para las cintas sincrónicas debido a su alta resistencia a la termofluencia y su alto módulo comparados con otros materiales. Los cables multihebra (v.g. 7x3, 3x3) siguen siendo el tipo preferido de refuerzo. Se prefiere la configuración en la que las hebras tienen la dirección de colocación opuesta del cable (hebras "s" en un cable "Z" - o sZ para abreviar - y viceversa, zS) debido a su mejor comportamiento de torsión, aunque se conocen otros cables en los cuales las hebras y el cable tienen la misma dirección de colocación B (sS o zZ), con comportamiento de torsión controlado (US 5.784.874).

Los cables multihebra fueron utilizados ampliamente en el pasado para refuerzo de neumáticos radiales. Los diagramas carga-elongación de todos los cables multihebra conocidos en la técnica no muestran un comportamiento lineal elástico desde el comienzo de la curva en adelante: existe una pequeña desalineación de la parte lineal atribuida a la (re)ordenación de filamentos y hebras en el cable durante la carga o la descarga. Este desplazamiento se conoce como "elongación estructural" (véase más adelante) y nunca es menor que 0,090%. Se ha encontrado que esta "elongación estructural" es aún más acusada cuando se utilizan filamentos más finos para fabricar el cable multihebra.

Los cables monohebra (tales como los descritos v.g. en EP 0960749) tienen un comportamiento lineal mucho más acusado y exhiben menos "elongación estructural". Sin embargo, estos cables no son siempre adecuados para reforzar cintas sincrónicas debido a que son más rígidos para el mismo diámetro de cable - dado que están constituidos por menos filamentos - y debido a que son lisos y por consiguiente presentan menos anclaje mecánico en la cinta.

Durante la fabricación de la cinta sincrónica, los cables de acero finos se desenrollan con una tensión de desenrollado baja desde bobinas montadas en una fileta antes de incorporar el elastómero. Estas fuerzas no son suficientemente altas para eliminar por completo la elongación estructural. Durante el pretensionado de la cinta sincrónica entre las ruedas dentadas, la elongación estructural remanente de los cables conducirá a un paso de diente fuera de especificación y a los problemas asociados con ello. Hasta ahora, los fabricantes de cintas han compensado el problema de control dimensional por (véase v.g. "Antriebstechnik 38 (1999) No. 5, p. 71-73"):

-: producción de cintas dentadas con un paso de diente para la especificación dimensional menor que compensa la elongación estructural de los cables de acero finos y/o

-: incorporación de refuerzo adicional de tal modo que la rigidez longitudinal total de la cinta aumenta reduciendo con ello la elongación estructural y aumentando también el módulo global del refuerzo que conduce a menos diferencia de elongación entre la parte cargada y descargada del ciclo de la cinta.

Ambas soluciones tienen sus inconvenientes en términos de más rechazos y/o cintas más caras. Las cintas se fabrican cada vez más anchas, dado que esto es más productivo puesto que las mismas se cortan posteriormente a cintas más pequeñas. Sin embargo, con la anchura creciente, la producción de cintas sincrónicas es más sensible al efecto de "alabeo" (cuando una pieza de la cinta se cuelga libremente, el extremo libre se gira con respecto al extremo fijo) o el efecto "sabre" (una pieza de la cinta extendida sobre una superficie plana no se mantiene recta, sino que se curva). Ambos efectos son muy perjudiciales en el uso de la cinta, dado que tienden a expulsar la cinta del raíl de la rueda dentada.

Los cables multihebra se fabrican en un proceso de dos pasos. En un primer paso, los filamentos se retuercen para formar una hebra con una longitud y dirección de colocación particular instalada sobre una bobina de hebras. En un segundo paso, se arrancan varias hebras de las bobinas de hebras y se trenzan para formar un cable con una longitud y dirección de colocación especificadas. Uno cualquiera o ambos de los pasos de trenzado pueden realizarse en una máquina de cableado o alternativamente en una máquina de agrupamiento. En la técnica, se prefiere la última tecnología debido a su mayor velocidad de trenzado y debido a las bobinas de mayor tamaño que permite. Sin embargo, en el caso en que el cable es del tipo sZ - o su imagen especular, el tipo zS - y el cable se trenza en una máquina de agrupamiento, debe tenerse en cuenta el número de torsiones que se suprimen del cable por la operación de agrupamiento. Si se denomina el número de torsiones de las hebras por unidad de longitud de cable acabado por N_{c} y el número de torsiones de los filamentos por unidad de longitud de la hebra en el cable acabado como N_{s}, entonces las hebras tienen que trenzarse hasta N_{s}+N_{c} torsiones a fin de acabar con N_{s} torsiones por unidad de longitud de la hebra en el cable final.

Sumario de la invención

Los autores de la invención han encontrado una solución diferente para resolver el "problema del control dimensional" de las cintas sincrónicas, que es un primer objeto de la invención. Sorprendentemente, su solución resolvía también el efecto de "alabeo" y "sabre". Adicionalmente, su solución aumentaba también el módulo global del cable en la región de trabajo de la cinta reduciendo así la elongación de la cinta entre la parte con carga y la parte sin carga de un ciclo de la cinta sin tener que utilizar más material de refuerzo: un segundo objeto de la invención. Los autores de la invención han encontrado un método para producir los cables multihebra de una manera eficiente: un tercer objeto de esta invención.

La invención se refiere a la combinación de características que se describen en la reivindicación 1. Características específicas para realizaciones preferidas de la invención se exponen en las reivindicaciones subordinadas 2 a 8 y 12 a 14. El método de la invención está constituido por la combinación de características que se describen en la reivindicación 3. Características específicas de métodos preferidos se exponen en las reivindicaciones 10 y 11. El uso del cable de acero fino como refuerzo para cintas sincrónicas se expone en la reivindicación 15.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se reivindica un cable de acero fino para refuerzo de una cinta sincrónica. Preferiblemente se utiliza acero ordinario al carbono. Un acero de este tipo comprende generalmente un contenido mínimo de carbono de 0,40% en peso de C o al menos 0,70% C en peso, pero muy preferiblemente al menos 0,80% C en peso con un máximo de 1,1% en peso C, un contenido de manganeso que oscila desde 0,10 a 0,90% peso Mn, manteniéndose preferiblemente los contenidos de azufre y fósforo preferiblemente por debajo de 0,03% en peso cada uno; pueden añadirse también elementos adicionales de microaleación tales como cromo (hasta 0,2 a 0,4% en peso), boro, cobalto, níquel, vanadio - una enumeración no exhaustiva -. Se prefieren también aceros inoxidables. Los aceros inoxidables contienen un mínimo de 12% en peso de Cr y una cantidad sustancial de níquel. Son más preferidos los aceros inoxidables austeníticos, que se prestan mejor por sí mismos a la conformación en frío; las composiciones más preferidas se conocen en la técnica como AISI (American Iron and Steel Institute) 302, AISI 301, AISI 304 y AISI 316.

El cable de acero fino comprende al menos dos hebras, comprendiendo cada una de dichas hebras al menos dos filamentos de acero. Los elementos tienen dimensiones comprendidas entre 30 \mum y 250 \mum, pero son muy preferidos calibres comprendidos entre 40 y 175 \mum. El calibre de filamento más preferido está comprendido entre 120 y
160 \mum. Dado que estos filamentos son relativamente delgados comparados con los filamentos de cable para neumáticos, los cables resultantes de los mismos se denominan por esta razón "finos".

No es necesario que todos los filamentos tengan el mismo diámetro, aunque se prefiere hacerlo así, debido a que es conveniente para la producción. Pueden seleccionarse diámetros de filamento diferentes dentro del mismo cable a fin de adaptarlos mejor entre sí, o bien pueden seleccionarse a fin de generar lagunas entre los filamentos con objeto de permitir la penetración del elastómero.

Los filamentos utilizados pueden estar desprovistos de todo recubrimiento. O bien, los alambres pueden estar recubiertos con un recubrimiento adecuado. Se prefieren:

-: latón aplicado electrolíticamente que tiene una composición comprendida entre 62,5 y 75% en peso de Cu, siendo el resto cinc. La masa de recubrimiento total está comprendida entre 0 y 10 g/kg;

-: o bien los alambres pueden estar recubiertos con cinc con una masa de recubrimiento que oscila de 0 a 300 g de cinc por kg de alambre. El cinc puede aplicarse sobre el alambre por un proceso electrolítico o por un proceso de inmersión en caliente, seguido o no por una operación de eliminación por frotamiento a fin de reducir el peso total de cinc.

Debido a la protección contra la corrosión del cinc y la presencia de una capa de aleación hierro-cinc que se forma durante la operación de inmersión en caliente, es muy preferido el último tipo de recubrimiento. No se excluyen otros tipos de recubrimiento tales como recubrimientos de aleación de cinc v.g. una aleación cinc-aluminio (v.g. que tiene una composición eutectoide de aproximadamente 95% en peso de cinc y aproximadamente 5% en peso Al) o incluso aleaciones ternarios. Debe quedar claro que la enumeración de tipos de recubrimiento no es exhaustiva.

Los filamentos se trenzan juntos con una cierta dirección de colocación y longitud de colocación. Típicamente, la longitud de colocación es de 10 a 40 veces el diámetro de la hebra. Es más preferida una longitud de colocación entre 20 y 30 veces el diámetro de la hebra. Las hebras se trenzan juntas para formar un cable que tiene una longitud de colocación comprendida entre 5 y 20 veces el diámetro del cable. Es más preferida una longitud de colocación entre 7 y 14 veces el diámetro del cable.

Las combinaciones siguientes de filamentos se conocen en la técnica:

-: Tres hebras, cada una de las cuales contiene tres filamentos. En notación abreviada: 3x3

-: Un núcleo de 3 alambres rodeado por seis hebras de 3 alambres: 7x3

-: Un núcleo de 4 alambres rodeado por seis hebras de 3 alambres: 7x4

-: Un núcleo de 3 alambres rodeado por cinco hebras de 7 alambres: 3+5x7

-: Un núcleo de 7 alambres rodeado por seis hebras de 7 alambres: 7x7

-: Un núcleo de 19 alambres rodeado por ocho hebras de 7 alambres: 19+8x7

-: Un núcleo de 19 alambres rodeado por nueve hebras de 7 alambres: 19+9x7.

\vskip1.000000\baselineskip

Estas combinaciones se dan únicamente a modo de ejemplos no exhaustivos.

Existen numerosas combinaciones de cables conocidas en la técnica, que se contemplan en esta invención, con tal que las mismas estén compuestas de al menos dos hebras posiblemente, enrolladas o no enrolladas alrededor de un núcleo.

Los cables de acuerdo con la invención tienen hebras con una dirección de colocación opuesta a la dirección de colocación del cable. V.g., si las hebras tienen una dirección de colocación en S, el cable tendrá una dirección de colocación Z. La dirección de colocación del núcleo - en caso de existir - es irrelevante: la misma puede ser S o Z.

Las características de la curva carga-elongación que son importantes para comprender la invención se ilustran en la figura 1. Los cables finos que son objeto de esta invención exhiben un comportamiento carga-elongación muy distinto comparados con los cables finos de la técnica anterior. Este comportamiento puede distinguirse óptimamente sometiendo los cables a un proceso de carga cíclico entre una carga baja y una carga alta. Una carga "baja" es v.g. la carga utilizada durante la fabricación de la cinta: son habituales 10 a 50 N. Una carga "alta" es v.g. la carga sobre el cable durante el uso de la cinta en la parte cargada de un ciclo de cinta. Las cintas se someten normalmente a un máximo de 20 a 30% de su carga nominal de rotura. Dado que estas cargas exactas no están disponibles generalmente, los autores de la invención prefirieron utilizar como carga "baja" una carga igual a 0,2% de la carga de rotura del cable, y como carga "alta" una carga igual al 20% de la carga de rotura del cable. La carga y descarga cíclicas de un cable entre fuerzas definidas es un test bien conocido en el campo de los cables de alambres de acero (véase K. Feyrer, "Drahtseile, 2ª edición", página 85).

Las curvas carga-elongación se determinan a lo largo de diferentes ciclos entre las cargas baja y alta, siendo la razón el poder distinguir entre el fenómeno del "reglaje del cable" (figura 1, "A") y la "elongación estructural" (figura 1, "B"). El "reglaje del cable" es un ajuste en un primer momento de las posiciones de los filamentos que conduce a una elongación permanente pequeña. Después de la primera carga, este "reglaje del cable" ha desaparecido. La "elongación estructural" se mantiene después de cargas repetidas. Típicamente se utilizan 20 ciclos a fin de comprobar determinar que el cable se ha ajustado por completo, aunque en la práctica la curva no se altera ya más después de aproximadamente 10 ciclos.

Los diagramas carga-elongación de los cables de acero fino exhiben una porción lineal (con un intervalo de elongación indicado con "D" en la figura 1) entre aproximadamente 10 y 60% de su carga de rotura antes de exhibir deformación plástica no lineal a cargas mayores (con un intervalo de elongación "C" indicado en la figura 1). En este caso, el 20% de la carga de rotura está dentro de esta porción lineal. Esta porción lineal debe extrapolarse hacia atrás (lo que se indica por la línea "E" en la figura 1) - en la dirección de las cargas inferiores - a fin de establecer la "elongación estructural". La "elongación estructural" ("B" en la figura 1) se define ahora como la diferencia entre la elongación para 0,2% de la carga de rotura del comportamiento lineal extrapolado hacia atrás, con la elongación para 0,2% de la carga de rotura de la curva real.

A medida que los filamentos se frotan unos con otros, el diagrama carga cíclica - elongación muestra histéresis, es decir que las curvas de carga y descarga no coinciden por completo y forman un bucle cerrado ("H" en la figura 1). Por esta razón, se comprenderá que la elongación estructural debe definirse en el ciclo de retorno, es decir al pasar desde 20% de la carga de rotura a 0,2% de la carga de rotura.

Los cables de acero fino de acuerdo con la invención tienen una elongación estructural inferior a 0,09% (reivindicación 1) y preferiblemente inferior a 0,06% (reivindicación 2).

Una característica adicional de la invención (reivindicación 3) es que la curva carga-elongación por debajo de 20% de la carga de rotura no exhibe la curva no lineal que es típica para los cables de la técnica anterior. El comportamiento de elongación del cable para las cargas inferiores a 20% de su carga de rotura sigue de modo bastante exacto la ley lineal de Hooke. La curva carga-elongación de los cables de la invención se mantiene entre dos líneas rectas que están separadas por una elongación de 0,06%, confinando así la curva carga-elongación dentro de una banda lineal. Las curvas carga-elongación se mantienen dentro de esta banda desde el segundo ciclo en adelante - es decir con exclusión del "reglaje del cable" - hasta el ciclo vigésimo.

Asimismo, la pendiente exhibida por esta banda es notablemente diferente de la de los cables de la técnica anterior. Si consideramos la pendiente entre el punto de retorno inferior - es decir el punto de retorno para 0,2% de la carga de rotura - y el punto de retorno superior - es decir el punto de retorno para el 20% de la carga de rotura - dividido por la superficie metálica de los alambres como un "módulo de elongación equivalente" (como se ilustra por la pendiente de la línea "G" en la figura 1), los cables de la invención tienen un módulo de elongación equivalente que excede de 150.000 MPa (reivindicación 4) y más preferiblemente que excede de 170.000 MPa (reivindicación 5). Esto está ya mucho más próximo al máximo teórico alcanzable de aproximadamente 200.000 MPa para un alambre simple. Este módulo de elongación equivalente se conoce también como el módulo secante entre fuerzas definidas (véase K. Feyrer "Drahtseil, 2ª edición", página 81).

En combinación con las características anteriores, se reivindica un reglaje favorable del cable (reivindicación 6). El "reglaje del cable" puede cuantificarse convenientemente como la elongación en el primer ciclo, comprendiendo el ciclo: pretensionado del cable a 0,2% de su carga de rotura, carga del cable hasta 20% de su carga de rotura seguido por descarga del cable hasta 0,2% de su carga de rotura. La elongación medida entonces es la "elongación de reglaje" (véase "A" de la figura 1). Estará claro para las personas expertas en la técnica que el "reglaje del cable" puede determinarse únicamente sobre cables que no han sido cargados con anterioridad. Esta elongación de reglaje se mantiene por debajo de 0,03% para los cables de la invención.

El cable de acero fino puede recubrirse también con un recubrimiento elastómero (reivindicación 12). Con preferencia, este recubrimiento encierra un cable de acero fino simple y es redondo y delgado. El elastómero es con preferencia poliuretano dado que éste es el material utilizado normalmente para fabricar cintas sincronizadoras y es por consiguiente compatible (reivindicación 13).

Un revestimiento de este tipo debe adherirse bien al cable de acero fino a fin de mantener la integridad de la composición durante el uso (reivindicación 14). La adherencia del cable al elastómero puede evaluarse por el test de arrancamiento ASTM 2229/93. Típicamente, la fuerza del arrancamiento del cable fino - que tiene un diámetro "D" expresado en mm - incrustado en un elastómero en una longitud "L" debe ser mayor que 40 x D x L Newton, pero es muy preferido que el elastómero se adhiera al cable con una fuerza de arrancamiento que sea mayor que 50 x D x L Newton.

La penetración del elastómero favorece en gran medida el mantenimiento de los filamentos en su lugar durante su uso. Por esta razón se prefiere que el elastómero atraviese al menos las hebras exteriores del cable. Es muy preferido que todos los filamentos individuales estén rodeados por completo con polímero a lo largo de sustancialmente la longitud del cable fino.

Los autores de la invención han observado también otra ventaja inesperada del cable de inventiva: la fluctuación de todos los parámetros - y muy notablemente la elongación estructural - en la curva carga-elongación es menor para los cables de inventiva comparada con la fluctuación para los cables convencionales. "Fluctuación", en este contexto, debe considerarse como la variación a largo plazo de una campaña de producción a otra campaña de producción. La variación reducida puede comprenderse fácilmente por el hecho de que una elongación estructural inferior a cero es sencillamente imposible. Los cables de inventiva están "calibrados" contra el cable teórico que tiene una elongación estructural cero. Como tales, los mismos tendrán una fluctuación mucho menor comparados con los cables convencionales en los cuales la elongación estructural puede oscilar en ambas direcciones.

Por lo que antecede estará claro para los expertos en la técnica que la determinación de los diferentes parámetros del producto no es ya tan dependiente del límite de carga del 20% durante la medida, dado que esta "carga alta" está situada en la porción lineal de la curva. Por consiguiente, una "carga alta" de 30, 40, o incluso 50% de la carga de rotura, conducirá - dentro de la incertidumbre de la medida - a resultados idénticos para los parámetros del producto. Sin embargo, lo opuesto es cierto para la "carga baja": en este caso, los parámetros medidos del producto dependerán claramente de manera acusada del valor de la carga inferior debido al comportamiento no lineal del cable convencional.

Estará claro también que la medida de los parámetros anteriores debe realizarse con el aparato apropiado que tenga la exactitud y precisión necesarias. En particular, la celda de carga debe ser apropiada para las cargas bajas implicadas, y la elongación debe medirse con precisión por medio de un extensiómetro. Asimismo, el aparato debe ser capaz de reproducir cíclicamente la carga. Aunque los requerimientos de medida son altos, el equipo de medida de la técnica actual es capaz de satisfacer estos requerimientos. En esta solicitud, las curvas se han generado en un aparato Zwick (Ulm, Alemania) BZ020/TH2S, controlado por el software "testXpert V8.1".

Todas las características del producto que se describen en las reivindicaciones 1 a 6 son la consecuencia del procesamiento de los cables únicamente. De hecho, los cables de la invención no se discriminan por sí mismos del producto de la técnica anterior en términos de características estructurales conocidas tales como composición del acero, recubrimiento, diámetros de filamento, y longitudes de colocación de la hebra y el cable. Por ejemplo, el aumento en módulo de elongación equivalente de acuerdo con la reivindicación 4 y 5 no tiene nada que ver con un cambio en la longitud de colocación del cable: los mismos son exactamente iguales entre los cables de la invención y los cables de la técnica anterior. Se menciona particularmente esta característica debido a que se conoce en la técnica que al aumentar la longitud de colocación del cable aumenta el módulo.

El segundo aspecto de la invención concierne a un método para producir el cable de inventiva. De acuerdo con este método, las hebras necesarias se producen de modo que tienen varias torsiones n_{s} de N_{s} como máximo, es decir, el número de torsiones que deben tener los filamentos en la hebra del cable final. Cada una de las bobinas de hebra necesarias está montada en un desenrollador trenzador ("twister pay-off") individual. Un desenrollador trenzador es un sistema de desenrollado que es capaz de aumentar el número de torsiones por unidad de longitud en la hebra cuando se retuerce en la misma dirección de colocación de la hebra. Mutatis mutandis, el desenrollador trenzador es capaz de reducir el número de torsiones por unidad de longitud de las hebras cuando se hace girar en la dirección opuesta a la dirección de colocación de la hebra. El número de torsiones añadidas o sustraídas es proporcional a la relación de la velocidad de rotación del trenzador a la velocidad lineal de la hebra. Preferiblemente, la velocidad de rotación es ajustable. Es muy preferible que ambas velocidades sean ajustables.

Todas las hebras se conducen al punto de ensamblaje a la entrada de una máquina de agrupamiento. En dicho punto las hebras se ensamblan en un cable. Las hebras obtienen N_{c} torsiones por unidad de longitud. Dado que la dirección de colocación del cable es opuesta a la dirección de colocación de las hebras, las hebras se destrenzan con N_{c} torsiones por unidad de longitud. La velocidad de rotación del desenrollador trenzador debe adaptarse a fin de obtener el número correcto de torsiones por unidad de longitud de la hebra en el cable final. Por último, el cable se enrolla sobre una bobina de cable en el interior de la máquina de agrupamiento.

Los autores de la invención han encontrado que con objeto de obtener los cables finos que se reivindican, el número de torsiones por unidad de longitud que obtiene localmente una hebra a lo largo de su recorrido desde la bobina de hebra hasta la bobina de cable debe ser mínimo, es decir definidamente inferior a N_{c} + N_{s} y preferiblemente próximo a N_{s}, si bien incluso no se excluye un valor inferior a N_{s} antes de la entrada en el cable. Cualquier exceso de torsiones dado a las hebras - aun cuando estas torsiones se eliminen finalmente de la hebra después del agrupamiento del cable - conduce a "holgura" de las hebras, lo que se refleja en una elongación estructural indeseable, causando el problema de control dimensional de las cintas sincrónicas. Aunque lo anterior refleja simple y claramente el espíritu de la invención, la puesta en práctica de esta idea requirió algunos cambios no evidentes en el proceso.

Una primera vía para implementar esta idea consistió en aumentar la tensión de desenrollado hasta un nivel anormalmente alto como se describe en la reivindicación 9. La tensión de desenrollado se expresa muy convenientemente en términos de la carga final de rotura de la hebra. La tensión de desenrollado debe ser como mínimo mayor que 15% de la carga de rotura de la hebra. Preferiblemente, la misma es superior a 20%. Al aumentar la tensión del desenrollado, se ejerce un par de torsión sobre la hebra que tiende por tanto a destorcerse y comienza por ello a girar durante su recorrido desde la bobina de hebra a la bobina de cable. Debido a esta rotación, el número total de torsiones de la hebra antes de la entrada en el cable se hace menor.

Una segunda característica importante del método es que la polea de entrada de la máquina de agrupamiento debe disponerse en ángulo con respecto al plano formado por el cable de entrada y de salida (reivindicación 10). Después de esta polea, el cable se guía en un arco hacia la polea de inversión al final del arco. Preferiblemente, estas poleas están acanaladas. De modo aún más preferido, estas poleas tienen un canal en forma de U mayor que el diámetro del cable. Normalmente, el eje de rotación de la polea dentada es perpendicular al plano formado por el cable de entrada y salida, es decir dirigido a lo largo de la normal a dicho plano. De acuerdo con la invención, el eje de la polea de entrada está inclinado con respecto a esta normal. La inclinación se ajusta de tal modo que el cable se enrolla en el canal en forma de U en su dirección final. La dirección final es la dirección de rotación en la cual el número de torsiones en el cable aumenta. Es más preferido que el eje de la polea gire alrededor de la bisectriz de las líneas formadas por el cable de entrada y salida. Es aún más preferido que ambas poleas de entrada y de inversión estén dispuestas en ángulo. El principio de la disposición de las poleas de entrada e inversión en ángulo estriba en desplazar el punto en el que las hebras del cable obtienen su número final de torsiones en el punto de ensamblaje. De este modo, se evita la distorsión de las hebras en el arco de la máquina de agrupamiento. Para mayor claridad: en una máquina de agrupamiento de la técnica anterior (desprovista de poleas en ángulo) el cable recibe la mitad de su número final de torsiones en la polea de entrada y la otra mitad de su número final de torsiones en la polea de inversión. Por consiguiente, la hebra se somete a distorsión durante su recorrido en el arco de la máquina de agrupamiento mientras que recibe su posición final en el cable. En el cable, la hebra queda fijada por tanto en un estado de holgura que causa de nuevo una elongación estructural demasiado alta, lo que conduce a su vez al problema de control dimensional de las cintas sincrónicas.

\newpage

Una tercera característica del método inventado se refiere al recorrido que realiza la hebra desde la bobina de hebra a la bobina de cable. En este caso los inventores encontraron que el recorrido no debe verse obstruido por ningún tipo de piezas de guía, rodillos, poleas o cualquier otro dispositivo que pudiera impedir la rotación de la hebra. Cualquiera de tales dispositivos conduce a una restricción de la distorsión por la máquina de agrupamiento, lo que debe evitarse de acuerdo con la invención (reivindicación 11).

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se reivindica el uso de tales cables para el refuerzo de cintas sincrónicas (reivindicación 15). Tales cintas tienen un control dimensional excelente y se mantienen estables durante su utilización.

\vskip1.000000\baselineskip

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales

- Figura 1: Representa una carga-elongación típica de un cable de acero fino, con los parámetros de importancia.

- Figura 2: Muestra el diagrama carga-elongación de un cable de acero fino de tipo 7x3x0,15 de acuerdo con la técnica anterior y de acuerdo con una primera realización preferida.

- Figura 3: Muestra el diagrama carga-elongación de un cable de acero fino de tipo 3x3x0,15 de acuerdo con la técnica anterior y de acuerdo con una segunda realización preferida.

- Figura 4a: Ilustra el método de producción de la técnica anterior y el método de producción de inventiva.

- Figura 4b: Ilustra la variación de torsiones por unidad de longitud en la hebra en su recorrido desde la bobina de hebra a la bobina de cable para el método "CP" de la técnica anterior y el método "IP" de inventiva.

- Figura 5: Un dibujo de una polea montable en ángulo.

\vskip1.000000\baselineskip

Descripción de las realizaciones preferidas de la invención

En una primera realización preferida, los inventores han producido un tipo de cable 7x3 caracterizado por la fórmula siguiente:

1

es decir, una hebra de núcleo constituida por tres filamentos trenzados mutuamente con una longitud de colocación de 9 mm en dirección S está combinada con 6 hebras exteriores constituidas de nuevo por tres filamentos trenzados mutuamente con una longitud de colocación de 9 mm en dirección S para formar un cable. Las hebras se trenzan para formar el cable con una longitud de colocación de 8 mm en la dirección Z. Los filamentos eran de acero ordinario al carbono que tenían un contenido de carbono de aproximadamente 0,725% p C y tenían un recubrimiento galvanizado de cinc de inmersión en caliente. El cable se produjo a partir de los filamentos de acuerdo con el proceso convencional y el proceso de inventiva. El cable tiene un área de sección transversal metálica de 0,371 mm^{2} (de acuerdo con DIN 3051, es decir la suma de las secciones transversales de los filamentos).

En primer lugar se explicará el proceso convencional por medio de la figura 4a. Después de ello se resaltarán los cambios de inventiva respecto a este proceso. Una bobina de hebras 2 - que contiene una hebra con N_{s} torsiones por metro - se monta en un sistema desenrollador del trenzado 4. Un desenrollador del trenzado 1 como se conoce en la técnica puede implementarse físicamente montando de modo rotativo una bobina 2 en un soporte colgante estacionario (no representado) suspendido entre dos puntos de rotación (no representados). La hebra se retira de la bobina a través del primer punto de rotación sobre una polea giratoria de inversión o pieza de guía 4 hasta el segundo punto de rotación en el que, de nuevo, una polea de inversión rotativa o pieza de guía 5 conduce la hebra fuera del desenrollador de torsión en una dirección opuesta a la dirección en la que se estira la hebra desde su bobina. Durante su recorrido desde la primera a la segunda polea, la hebra puede guiarse a través de una aleta 3 que gira alrededor del soporte estacionario. Sin embargo, se conocen también en la técnica realizaciones sin aleta 3. Se conocen otras realizaciones de un desenrollador trenzador en las cuales el eje de rotación de la bobina gira a su vez alrededor de un eje a lo largo del cual la hebra abandona el desenrollador, siendo el último eje perpendicular al eje de rotación de la hebra. Asimismo estas realizaciones de un desenrollador trenzador se incluyen explícitamente en el proceso de inventiva. El desenrollador trenzador añadirá a N_{s} cierto número de torsiones por metro. El número añadido de torsiones debe corresponder al número de torsiones del cable N_{c}, dado que la máquina de agrupamiento 13 eliminará más tarde exactamente este número de torsiones. La línea de trazos entre P0 y P2 en la figura 4b representa esquemáticamente el aumento del número de torsiones por unidad de longitud de la hebra.

Después de salir del desenrollador trenzador en P2 (figura 4a), la hebra es guiada sobre diferentes poleas-guía 6 de tal manera que la hebra puede combinarse convenientemente con otras hebras 7 para formar el cable en el punto de ensamblaje 8. Para cada hebra, debe hacerse funcionar un desenrollador trenzador individual en condiciones de proceso idénticas. En el punto de ensamblaje 8, las hebras son trenzadas mutuamente por la máquina de agrupamiento 13. Entre el punto de ensamblaje 8 y la bobina de cable 12, el cable recibe N_{c} torsiones por metro mientras que las hebras se destuercen N_{c} torsiones por metro. Debido al principio de funcionamiento de la máquina de agrupamiento 13, se eliminan de las hebras aproximadamente N_{c}/2 torsiones entre la polea de entrada 9 y la polea de inversión 10, y las N_{c}/2 torsiones restantes se eliminan de las hebras entre la polea de inversión 10 y la bobina de cable 12. La evolución del número de torsiones de la hebra se ilustra por la línea de trazos entre P4 y P6 de la figura 4b.

Para la realización particular, N_{s} es (1000/9) torsiones por metro y N_{c} es (1000/8) torsiones por metro. Dado que cable tiene una longitud de colocación opuesta a la de las hebras, las hebras se destorcerán en su recorrido desde la bobina de hebra a la bobina de cable y esto debe compensarse por la torsión hasta (1000/9) + (1000/8) torsiones por metro, lo que corresponde a una longitud de colocación de 4,235 mm en la dirección "s". La figura 4b (la línea de trazos marcada "CP") ilustra la evolución del número de torsiones por metro de la hebra en su recorrido desde la bobina de hebra a la bobina de cable en el proceso convencional. Estará claro que la torsión estricta de 4,235 mm deja una deformación plástica helicoidal en las hebras cuando las mismas se destuercen hasta una longitud de colocación de 9 mm. Esta deformación plástica helicoidal conduce a la elevada elongación estructural.

La diferencia entre el proceso convencional y el proceso de inventiva se explica a continuación y se resume en la Tabla 1. La figura 4b ilustra la diferencia en el número de torsiones aplicadas por unidad de longitud de la hebra para el proceso convencional (curva "CP") y el proceso de inventiva (curva "IP").

TABLA 1

2

En primer lugar, el número de torsiones n_{s} de las hebras originales es menor o igual que N_{s} en el proceso de inventiva como se indica P0 de la figura 4b. Debido a esto, el desenrollador del trenzador debe funcionar a una velocidad de rotación mayor que la máquina de agrupamiento a fin de obtener el número correcto de torsiones por unidad de longitud en las hebras del cable final.

Sin embargo, las torsiones aplicadas no pueden acumularse físicamente hasta un nivel local de N_{s} más N_{c} por aplicación a las hebras de una tensión del desenrollador mayor que en el proceso convencional. Por aumento de la tensión del desenrollador de los cables, se desarrolla un par de torsión en la hebra que destuerce las hebras, reduciendo así el número de torsiones en la curva "IP" en P2 de la figura 4b hasta muy por debajo de N_{s} + N_{c}.

Una mejora adicional para permitir la rotación libre de la hebra es la eliminación de las poleas guía 6 en la figura 4a. Las poleas guía tienen tendencia a restringir la rotación de las hebras tan pronto como las mismas doblan el cable. Debido a que algunas poleas se han eliminado, las torsiones de la hebra no se acumulan tampoco en P3 como se muestra en la curva "IP" de la Figura 4b, P3.

Otra mejora para limitar la acumulación de torsiones en la hebra consiste en llevar la acción de distorsión de la hebra de la máquina de agrupamiento más cerca del punto de ensamblaje 8. Esto puede conseguirse poniendo la polea de entrada y/o la polea de inversión 9 de la máquina de agrupamiento en ángulo como se ilustra en la figura 5. En dicho lugar, el cable de entrada 51 está guiado sobre una polea acanalada en U 56 y abandona la misma como cable de salida 52. La bisectriz del cable de entrada 51 y el cable de salida 52 que es perpendicular al plano del papel se designa como 55. El eje de la polea 54 se hace girar en un ángulo \alpha con respecto a la normal al plano 53 formado por el cable de entrada 1 y el cable de salida 2. La dirección del ángulo debería seleccionarse de tal manera que el cable tienda a cerrarse. Por el hecho de poner las poleas en ángulo, el cable comienza a enrollarse en la forma U de la polea, retorciendo las hebras en el cable y por tanto destorciendo también los filamentos en las hebras. Por esta razón, el cable alcanza su longitud de colocación final mucho más cerca del punto de ensamblaje que en el proceso convencional. Como consecuencia, las hebras se destuercen de hecho durante la formación del cable en mucha menor proporción que en el proceso convencional como se ilustra en P4 en la figura 4b (compárese la curva "CP" con la curva "IP").

La diferencia en las curvas carga-elongación de los cables "CP" e "IP" fabricados de acuerdo con los dos procesos diferentes se representa en la figura 2. Las características de estas curvas se resumen en la Tabla 2.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 2

3

\vskip1.000000\baselineskip

En la figura 2, se utiliza la identificación de las diferentes características que se discuten para la figura 1. Se añade también una tira "J" que tiene una anchura de 0,06% en elongación, que ilustra el hecho de que el cable de la invención se mantiene dentro de estos límites (reivindicación 3).

Una segunda realización preferida es un cable de 3x3x0,15 del cual la Tabla 3 expone a modo de sumario tanto las condiciones de procesamiento utilizadas como las características del producto obtenido. La curva carga-elongación puede encontrarse en la figura 3. La construcción 3x3x0,15 se construye como sigue:

\vskip1.000000\baselineskip

4

TABLA 3

5

Una tercera realización preferida concierne a un cable de acero fino de (3+5x7)x0,15 que puede detallarse como sigue:

6

El cable se fabricó de acuerdo con el proceso estándar y el proceso de inventiva y se obtuvieron los resultados siguientes:

TABLA 4

7

8

En una cuarta realización preferida, el 7x3x0,15 de la primera realización se recubrió con un recubrimiento de elastómero. Antes de este recubrimiento, el cable se limpió por medio de un paso de desengrasado con vapor. Subsiguientemente, el cable se sumergió en una solución de 1,5% vol % de N-(2-aminoetil)-3-aminopropil-trimetoxi-silano disuelto en una mezcla de isopropanol y agua, seguido por secado. El uso de tales silanos organofuncionales para favorecer la adhesión es conocido en la técnica (véase v.g. WO 2004/076327). A continuación, se recubrió el cable con una capa de Desmopan® 392 de Bayer, aumentando el diámetro del cable desnudo desde 0,90 mm a 1,00 mm. El recubrimiento se realizó por medio de un extrusor estándar por lo cual el cable de acero se precalentó a 180ºC antes de su entrada en el cabezal del extrusor. Se inyectó poliuretano en el cabezal del extrusor a 225ºC a una presión de 100 bar. Después del recubrimiento, el cable de acero fino recubierto se enfrió en agua. El test de adhesión de acuerdo con ASTM 2229/93 en una longitud de imbibición de 12,7 mm reveló una fuerza de arrancamiento superior a 929 N, dado que cinco de los seis cables se rompieron antes que el cable se desprendiera del bloque de poliuretano, lo cual es superior al límite de 50xDxL = 575 N. Adicionalmente, un corte transversal del cable reveló que cada uno de los 21 filamentos estaba embebido en PU.

El cable así recubierto (cable "IP+PU") exhibía el mismo comportamiento de elongación favorable que el cable original de inventiva como se resume en la Tabla 5.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 5

9

\vskip1.000000\baselineskip

En una sexta realización preferida, se comprobó que las propiedades favorables no se perdían durante la fabricación de la cinta sincrónica. Se produjo una cinta de bucle cerrado con un paso de 10 mm y una longitud de 840 mm que contenía 16 cables de tipo 7x3x0,15. Se produjo una primera cinta con cables del proceso convencional (CP), se produjo una segunda cinta con los cables del proceso de inventiva (IP), y se fabricó una tercera cinta con cables IP, recubiertos con PU. Las cintas tenían una carga de rotura de aproximadamente 15 kN. Las mismas se cargaron cíclicamente 10 veces desde una pretensión de 100 N ("carga baja") hasta 5 kN ("carga alta"). Aunque las condiciones de medida no son exactamente las mismas que para los cables, puede hacerse sin embargo una comparación de los parámetros relevantes. La Tabla 6 resume los resultados: Cables utilizados... Cables CP Cables IP IP, recubierto con PU Elongación estructural en el retorno del ciclo décimo 0,096% <0,010% 0,038% Elongación después del primer ciclo 0,041% 0,034% 0,032% Elongación entre las cargas alta y baja desde el segundo al décimo ciclo 0,562% 0,466% 0,484%

TABLA 6

11

Durante el uso, las cintas con los cables IP y los cables IP recubiertos, exhibían una elongación mucho menor y - como consecuencia - un desgaste mucho menor de los dientes que los cables CP. Esto demuestra que el cable de inventiva resuelve el problema de "control dimensional"

Claims

1. Un cable de acero fino para refuerzo de una cinta sincrónica, comprendiendo dicho cable de acero fino al menos dos hebras que tienen un primer número de torsiones N_{c} por unidad de longitud en una primera dirección de colocación en dicho cable, comprendiendo cada una de dichas hebras al menos dos filamentos de acero que tienen un segundo número N_{s} de torsiones por unidad de longitud en una segunda dirección de colocación en dichas hebras, siendo dicha dirección de segunda colocación opuesta a dicha dirección de primera colocación, teniendo dichos filamentos un diámetro entre 30 y 250 \mum,

caracterizado porque

el número de torsiones por unidad de longitud de dicha hebra que se ha obtenido localmente durante la torsión de dicho cable es inferior a N_{c}+N_{s} de tal modo que cuando dicho cable se somete a 20 ciclos de carga, comenzando cada ciclo de carga para 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino, aumentando hasta 20% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino y volviendo a 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino, dicho cable de acero fino tiene una elongación estructural en el lado de retorno de dicho ciclo de carga vigésimo inferior a 0,09% a 0,2% de la carga de rotura de dicho cable de acero fino.

2. El cable de acero fino de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha elongación estructural es inferior a 0,06%.

3. El cable de acero fino de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el cual dicha curva carga-elongación en dicho segundo a vigésimo ciclos se mantiene entre dos líneas limitantes rectas paralelas, estando distanciadas dichas líneas 0,06%.

4. El cable de acero fino de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual una línea recta que conecta el punto de partida y el punto de regreso para dicho ciclo de carga vigésimo tiene una pendiente equivalente a un módulo de elongación mayor que 150.000 MPa.

5. El cable de acero fino de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual una línea recta que conecta el punto de partida y el punto de retorno para dicho ciclo vigésimo de carga tiene una pendiente equivalente a un módulo de elongación mayor que 170.000 MPa.

6. El cable de acero fino de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la elongación para 0,2% de la carga de rotura del cable después del primer ciclo es inferior a 0,03%.

7. El cable de acero fino de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el número de torsiones por unidad de longitud que ha obtenido localmente dicha hebra durante la torsión de dicho cable es N_{s}.

8. El cable de acero fino de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el número de torsiones por unidad de longitud que ha obtenido localmente dicha hebra durante la torsión de dicho cable es inferior a N_{s}.

9. Un método de fabricación de un cable de acero fino para refuerzo de una cinta sincrónica de acuerdo con la rei-
vindicación 1, teniendo dichas hebras adicionalmente una carga de rotura, comprendiendo dicho proceso los pasos de:

-: Proporcionar a dichas hebras un número de torsiones por unidad de longitud N_{s} menor o igual que el segundo número de torsiones por unidad de longitud N_{s} en las bobinas de hebra (2)

-: Someter a distorsión dichas bobinas (2) en un desenrollador trenzador (1) con una tensión de desenrollado

-: Ensamblar dichas hebras en un punto de ensamblaje (8) antes de la polea de entrada (9) de una máquina de agrupamiento (13)

-: Enrollar dicho cable en una bobina de cable (12) después de pasar por una polea de inversión (10)

caracterizado porque

dicha tensión de desenrollado es mayor que 15% de la carga de rotura de la hebra para desplazamiento de la formación de colocación final más cerca del punto de ensamblaje.

10. El método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual la formación de colocación final se desplaza hacia el punto de ensamblaje poniendo dicha polea de entrada (9) o dicha polea de inversión (10) en ángulo con respecto al plano formado por el cable de entrada (51) y el de salida (52).

11. El método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en el cual las torsiones aplicadas por dicha máquina de agrupamiento sobre dichas hebras se dirigen ininterrumpidamente hacia la salida de dicho desenrollador trenzador.

12. El cable de acero fino de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 que comprende adicionalmente un recubrimiento de elastómero, donde dicho recubrimiento envuelve dicho cable individual de acero fino.

13. El cable de acero fino de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicho elastómero es poliuretano.

14. El cable de acero fino de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en donde dicho recubrimiento de elastómero está adherido a dicho cable de acero fino.

15. El uso de cables de acero fino como se especifica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y 12 a 14 como refuerzo en una cinta sincrónica.