Control de bailarina para tensadores de hilo dinámicos en un desenrollador regulado por fuerza de tracción
Ratio-Drive^® Los accionamientos rápidos optimizan el control de la bailarina en las 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 fabricar 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 problemas, inutiliza todo el tejido. La prevención de tales errores se realiza convencionalmente frenando el plato de la bobina. Esto se hace, por ejemplo, mecánicamente, con frenos magnéticos o también neumáticamente. Tales pretensiones de puntos de fricción se utilizan principalmente para "hilos textiles" normales, ya que estos hilos tienen un mayor coeficiente de estiramiento. Para hilos como aramida, poliéster, poliamida, polietileno e hilos de alta rigidez como carbono, basalto o alambre de acero, se utilizan en cambio controles de bailarín.

¿Qué es un control de bailarín?
En los procesos de enrollado y desenrollado en máquinas textiles, se debe evitar que la fibra o la banda se rompan durante la fase de desenrollado o enrollado. Para ello, se utiliza un rodillo de inversión verticalmente móvil, el llamado bailarín. Este regula la tensión previa del material de enrollado. 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 las bobinadoras, el hilo se transporta desde el devanador hasta la máquina mediante motores de accionamiento, a través de un rodillo de inversión similar al principio de un polipasto. El control del bailarín regula la fuerza de tracción del hilo y la velocidad de los motores. El material de bobinado se guía a través del bailarín, que aplica una fuerza predefinida. En las soluciones convencionales de estaciones de bobinado, se trabaja en el "polipasto" colocando diferentes pesos para controlar la fuerza de tracción del hilo. Los cambios en la tensión previa se compensan mediante movimientos ascendentes y descendentes. Este proceso se llama "baile".

El problema del control mecánico del bailarín hasta ahora es el intercambio manual de los pesos para ajustar la tensión previa. Diferentes tensiones de tracción requieren diferentes masas mediante el intercambio de los pesos.
Esto significa: abrir la máquina, intercambiar el peso según corresponda, cerrar la máquina, arrancar. Más masa significa más tensión y viceversa. Si la aplicación requiere una alta dinámica debido a rápidas aceleraciones y frenados, estas bobinadoras reguladas por pesos a menudo ya no son suficientes. Este intercambio manual implica una gran inversión de tiempo. Pero también la precisión de las regulaciones de la fuerza de tracción deja mucho que desear.

Hänchen ofrece dos soluciones técnicas
Para controlar la tensión previa del hilo de forma más flexible y precisa, Hänchen ofrece dos posibilidades: un tensor de hilo regulado directamente de forma eléctrica o una regulación electrohidráulica del bailarín. Los tensores de hilo rápidos regulados eléctricamente pueden ajustar la tensión previa del hilo con pequeños motores directamente al diámetro de la bobina con un momento motor bajo y una masa móvil baja. Especialmente en máquinas con muchas bobinas, esta solución permite una alternativa rentable a la tensión del hilo regulada por fuerza de tracción del devanador. Gracias a la capacidad de rebobinar también tramos de hilo largos, el uso es ideal, por ejemplo, en máquinas de colocación de cintas.

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

En el caso de hilos robustos, la regulación hidráulica del bailarín puede optimizarse mediante el uso de rodillos de extracción adicionales con regulación de velocidad para obtener un mayor rango de retroceso del hilo. Para ello, se instala un rodillo de extracción con regulación de velocidad entre el cilindro y el rodillo de material, que garantiza que el rodillo de material no se bloquee. Gracias a los actuadores conectados en el circuito de regulación – cilindro y motor de extracción – en coordinación con el motor del rodillo de material, las fluctuaciones de tensión pueden compensarse en cualquier momento, lo que evita que el rodillo de material se bloquee y, por tanto, que el hilo se rompa.

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 bailarín con asistencia hidráulica son la facilidad de uso y la seguridad laboral. Lo que el operario de la máquina antes tenía que montar manualmente con bastante esfuerzo añadiendo pesos en la máquina, ahora puede introducirlo de forma continua en una pantalla sin esfuerzo físico y, además, obtiene un resultado mucho más preciso. Esto reduce o elimina por completo los tiempos de preparación para el usuario final. Y, sobre todo, la fiabilidad ha aumentado gracias a la precisión de los valores medidos. Además del parámetro de control determinado a través de la célula de carga en el cilindro, también se consultan los valores de los motores eléctricos y se incorporan al proceso. Estos parámetros son muy significativos para el control de calidad. De este modo, la seguridad del proceso puede mejorarse considerablemente. Para el usuario final, también son interesantes los ahorros de costes: mientras que en las soluciones anteriores se producían varios cientos de metros de hilo de desecho en el desenrollador al arrancar debido a la oscilación del bailarín, esta pérdida de hilo se ha reducido en un tercio gracias al control hidráulico. Y, por último, pero no menos importante, todos los valores medidos y datos emitidos pueden seguir utilizándose para la investigación y el desarrollo.

Definir las 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 se leía la tensión del hilo en la pantalla. Esto hacía posibles errores en la velocidad del hilo, especialmente debido a las bobinas irregulares y a la estructura gruesa del hilo. Hänchen determinó para una solución con cilindros hidráulicos la tensión del hilo mediante tres células de carga calibradas por hilo en los rodillos de inversión. Con la solución de Hänchen, es posible una tensión de bobina con un ancho de banda de 1.500 cN y se ha demostrado mediante valores medidos y curvas. Esto conduce en última instancia a valores mucho más precisos, lo que permitirá evitar errores de medición en el futuro.

Identificar los retos
Los requisitos de precisión para el control del bailarín ya supusieron un gran reto durante las pruebas. Sobre todo, debido al ancho de banda de la tensión de tracción especificado por el cliente. La posición de los rodillos de inversión y la posición del hilo o de los hilos de varias partes, así como su naturaleza -redonda o plana- plantearon retos adicionales. En este caso, había que tener en cuenta las grandes fuerzas en combinación con una alta dinámica. La alta competencia de décadas para la conexión de la hidráulica y la electrónica fue la clave del éxito para la empresa suaba. Esto es especialmente cierto porque en la estación de bobinado se utilizan tres sistemas de accionamiento: dos motores eléctricos en cada una de las bobinas y, por supuesto, el cilindro hidráulico. Estos tres ejes trabajan juntos y uno contra otro, lo que hace que el control sea complejo. Así, la bobina de hilo tiene que aplicar un par de resistencia constante para que la estación de bobinado no transfiera demasiado hilo con muy poca tensión al procesamiento.

Resolver los retos
Partiendo de los parámetros predefinidos, es decir, un accionamiento de la bobina de hilo y un motor síncrono para el rodillo de inversión, Hänchen pudo partir de una presión del sistema hidráulico de 250 bar, una fuerza de peso estática en el cilindro de más de 5 kN y una dinámica de unos 4,5 kN. Las condiciones ambientales son temperaturas de 0 - 40 °C y una humedad del 95 %. Como actuador, los especialistas en hidráulica definieron un cilindro de la serie Servofloat 320 con transductor 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
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