Control de dancer para tensores de hilo dinámicos en desenrolladores con control de fuerza de tracción
Ratio-Drive^® Accionamientos rápidos optimizan el control de dancer en máquinas textiles

En máquinas textiles como máquinas de trenzado y tejido, bobinadoras o máquinas de colocación de cintas, el material a desenrollar se tensa para su procesamiento. El material de bobinado pueden ser fibras, hilos, filamentos, cintas y otros materiales. Es importante que estos queden uniformes en el producto final. El desenrollado se realiza desde el llamado porta-bobinas, un bastidor en el que se encuentran las bobinas con el material enrollado.

La selección de la tecnología de desenrollado adecuada es crucial para poder fabricar los productos con la calidad requerida. Si solo un hilo en el tejido tiene una tensión previa demasiado baja, este se comba y, en caso de problema, inutiliza todo el tejido. La prevención de tales errores se realiza convencionalmente frenando el plato de la bobina. Esto se hace, por ejemplo, de forma mecánica, con frenos magnéticos o también neumáticos. Tales tensiones previas por fricción se utilizan principalmente para los 'hilos de tela' normales, ya que estos hilos tienen un coeficiente de elongación más alto. En cambio, para hilos como aramida, poliéster, poliamida, polietileno e hilos de alta rigidez como carbono, basalto o alambre de acero, se utilizan controles de dancer.

¿Qué es un control de dancer?
En los procesos de bobinado y desenrollado en máquinas textiles, debe evitarse la rotura de la fibra o de la cinta durante la fase de desenrollado o bobinado. Para ello, se utiliza un rodillo de desvío de movimiento libre vertical, el llamado dancer. Este regula la tensión previa del material de bobinado. La fuerza de tracción para la tensión del hilo debe ser siempre constante. Esto es independiente de los diferentes diámetros de bobina, la velocidad de desenrollado, las posibles irregularidades del material y otros parámetros.

En los caballetes de bobinas, el hilo es transportado a la máquina desde el desenrollador mediante motores de accionamiento, a través de un rodillo de desvío similar al principio de una polea. El control de dancer regula la fuerza de tracción del hilo y la velocidad de los motores. El material de bobinado se guía sobre el dancer, que aplica una fuerza predefinida. En las soluciones convencionales de estaciones de bobinado, se trabaja con la 'polea' mediante la colocación de diferentes pesos para controlar la fuerza de tracción del hilo. Mediante movimientos ascendentes y descendentes, se compensan los cambios en la tensión previa. Este proceso se denomina 'tänzeln'.

El problema del control de dancer mecánico anterior es la sustitución manual de los pesos para ajustar la precarga. Diferentes tensiones de tracción requieren diferentes masas mediante la sustitución de los pesos.
Esto significa: abrir la máquina, sustituir el peso correspondiente, cerrar la máquina, arrancar. Una masa adicional significa más tensión y viceversa. Si la aplicación requiere una alta dinámica debido a aceleraciones y frenadas rápidas, estos bastidores de bobinado regulados por pesos a menudo ya no son suficientes. Esta sustitución manual implica mucho tiempo. Además, la precisión de las regulaciones de fuerza de tracción deja mucho que desear. Un control de dancer optimizado aporta una solución.

Hänchen ofrece dos soluciones técnicas
Para controlar la precarga del hilo de forma más flexible y precisa, Hänchen ofrece dos opciones: un tensor de hilo regulado directamente de forma eléctrica o un control de dancer electrohidráulico. Los tensores de hilo rápidos regulados eléctricamente pueden ajustar la precarga del hilo directamente con pequeños motores y poca masa en movimiento al par motor en el diámetro de la bobina. Especialmente en máquinas con muchas bobinas, esta solución permite una alternativa económica a la tensión de hilo regulada por fuerza de tracción del desbobinador. Gracias a la capacidad de rebobinar incluso tramos largos de hilo, su uso es ideal, por ejemplo, en máquinas de colocación de cinta.

Otra posibilidad para ajustar la tensión del hilo, especialmente en el rango de fuerzas de tensión más altas, es el control de dancer hidráulico con pretensado mediante cilindros hidráulicos para la regulación de fuerza y recorrido.

En el caso de hilos robustos, el control de dancer hidráulico puede optimizarse mediante el uso de rodillos de arrastre adicionales de velocidad controlada para obtener un mayor rango de retracción del hilo. Para ello, se instala un rodillo de arrastre de velocidad controlada entre el cilindro y la bobina de material, lo que asegura que la bobina de material no se bloquee. Gracias a los actuadores interconectados en el circuito de control –cilindro y motor de arrastre–, en coordinación con el motor de la bobina de material, se pueden compensar en todo momento las fluctuaciones de tensión, lo que evita el bloqueo de la bobina de material y, por tanto, la rotura del hilo.

La fuerza que antes se introducía manualmente como peso para la tensión del hilo, ahora el operario de la máquina puede ajustarla fácilmente en el sistema. Esto permite una mejor reacción dirigida si se diagnostica un error durante la supervisión de la tensión del hilo. Aquí son posibles valores arbitrarios entre 4.000 cN y 55.000 cN. Y el cilindro realiza el trabajo de forma rápida y dinámica gracias a su tiempo de reacción de hasta 20 ms a 50 Hz.

Ventajas de la solución hidráulica
Las mayores ventajas de este control de dancer asistido hidráulicamente son la facilidad de uso y la seguridad laboral. Lo que el operador de la máquina tenía que montar manualmente con pesos de forma bastante laboriosa, ahora puede introducirlo sin esfuerzo físico y de forma continua en una pantalla, obteniendo además un resultado mucho más preciso. De este modo, los tiempos de preparación para el usuario final se reducen o incluso se eliminan por completo. Y, sobre todo, la fiabilidad ha aumentado gracias a la precisión de los valores de medición. Además de la magnitud de referencia determinada por la célula de carga en el cilindro, también se consultan los valores de los motores eléctricos y se incorporan al proceso. Para el aseguramiento de la calidad, estos parámetros son muy significativos. Así, la fiabilidad del proceso puede mejorarse considerablemente. Para el usuario final, los ahorros de costes también son interesantes: mientras que en las soluciones anteriores varios cientos de metros de hilo en el desbobinador se convertían en desperdicio al arrancar debido al balanceo del dancer, esta pérdida de hilo se ha reducido en un tercio gracias al control hidráulico. Y, por último, todos los valores de medición y datos generados pueden reutilizarse para investigación y desarrollo.

Definir especificaciones
Para la calibración de la medición de fuerza en el material del hilo, en la máquina anterior se colocaba un peso directamente en el hilo delante del rodillo y la tensión del hilo se leía en la pantalla. Esto podía provocar errores en la velocidad del hilo, especialmente debido a las bobinas no redondas y la estructura gruesa del hilo. Hänchen determinó la tensión del hilo para una solución con cilindros hidráulicos mediante tres células de carga calibradas por hilo en los rodillos de desvío. Con la solución de Hänchen es posible una tensión de bobina con un rango de 1.500 cN, lo que se demostró con valores de medición y curvas. Esto conduce, en última instancia, a valores mucho más precisos, lo que permitirá evitar errores de medición en el futuro.

Identificar desafíos
Los requisitos de precisión para el control de dancer ya se presentaron como un gran desafío durante las pruebas. Especialmente debido al rango de tensión de tracción especificado por el cliente. La posición de los rodillos de desvío y la posición del hilo o de los hilos de varias partes, así como su naturaleza –redonda o plana–, plantearon desafíos adicionales. En este sentido, se debían considerar las grandes fuerzas en combinación con una alta dinámica. La alta competencia de décadas en la combinación de hidráulica y electrónica fue la clave del éxito para la empresa suaba. Esto es especialmente cierto, ya que en la estación de bobinado se utilizan tres sistemas de accionamiento: dos motores eléctricos en cada bobina y, por supuesto, el cilindro hidráulico. Estos tres ejes trabajan juntos y en contra, lo que hace que el control sea complejo. Así, la bobina de hilo debe aplicar un contramomento constante para que la estación de bobinado no entregue demasiado hilo con poca tensión al procesamiento.

Resolver desafíos
Partiendo de los parámetros preestablecidos, es decir, un accionamiento de la bobina de hilo y un motor síncrono para el rodillo de desvío, Hänchen pudo asumir una presión hidráulica del sistema de 250 bar, una fuerza de peso estática en el cilindro de más de 5 kN y una dinámica de aproximadamente 4,5 kN. Las condiciones ambientales son temperaturas de 0 a 40 °C y una humedad del 95 %. Como actuador, los especialistas en hidráulica definieron un cilindro de la serie Servofloat 320 con sensor de desplazamiento. Sin embargo, con esta solución hidráulica también se pueden realizar instalaciones con fuerzas mucho mayores.

Un proyecto apasionante para los especialistas en hidráulica de Hänchen. Y es que Herbert Hänchen GmbH, además de la construcción y producción de productos hidráulicos, también se encarga del asesoramiento, la ingeniería y la realización de soluciones de accionamiento completas que abarcan diversas tecnologías.

Jörg Beyer, mediaword
© Hänchen 2020