IT202200024330A1 - Svolgitore per bobine di materiale sottile nastriforme - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
dell?Invenzione Industriale dal titolo:
SVOLGITORE PER BOBINE DI MATERIALE SOTTILE NASTRIFORME
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
L?invenzione si rivolge al settore dei macchinari industriali di lavorazione di materiali nastriformi.
Pi? in dettaglio, l?invenzione riguarda uno svolgitore per bobine di materiale sottile nastriforme, in particolare, ma non esclusivamente, un film filtrante in carta sottile o altro idoneo materiale da impiegarsi, ad esempio, nella realizzazione di filtri per capsule di caff?.
Preferibilmente, l?invenzione si rivolge al trattamento di un qualsiasi film di materiale delicato e debole, caratterizzato da un?elevata leggerezza, da una bassa densit?, e da un basso carico di rottura a trazione.
Stato della tecnica
Lo svolgitore ? una macchina che permette, lungo una linea di trasformazione, di svolgere da una bobina di materiale sottile nastriforme un film per alimentarlo alle stazioni di lavoro successive.
Gli svolgitori tradizionali comprendono:
- un telaio di supporto;
- un cilindro mandrino motorizzato, girevolmente associato a detto telaio di supporto, atto a sostenere una bobina di materiale sottile nastriforme e a svolgere da detta bobina un film di materiale sottile; - uno o pi? rulli compensatori a ballerino atti a cooperare in modo attivo o passivo con detto film in svolgimento per mantenere costante la sua tensione;
- un primo traino a rulli motorizzato atto a gestire l?avanzamento di detto film in uscita da detti rulli compensatori a ballerino;
- una centralina di comando e controllo atta a sovraintendere alle movimentazioni indipendenti di detti componenti.
Normalmente, la svolgitura di materiale in bobina avviene tramite la messa in rotazione della stessa, ad una velocit? variabile, in funzione del processo in cui ? inserita. Il moto rotatorio della bobina viene accelerato o decelerato in base alla richiesta di quanto film di materiale sottile svolto serve alle stazioni di lavoro successive.
Problematiche importanti si verificano quando a valle dello svolgitore si trovano stazioni di lavoro che non funzionano in modo continuo e che richiedono un avanzamento del film a step, con brusche accelerazioni e decelerazioni.
Nel caso di applicazione nel settore delle macchine capsulatrici, a valle dello svolgitore si possono trovare una o pi? stazioni di formatura di filtri plissettati che andranno poi inseriti all?interno delle capsule, ad esempio di caff?.
Dette stazioni di formatura sono stazioni di lavoro intermittenti, ovvero lavorano in modo discontinuo, e comprendono una o pi? teste di lavoro atte a ricavare, dal film di materiale sottile svolto, dischi pronti per essere opportunamente conformati per realizzare i filtri plissettati da inserire nelle capsule di caff?.
Poich? dette teste di lavoro comprendono fustelle atte ad agire ad intervalli sul film di materiale sottile per tranciarlo ? evidente come la tensione del film alimentato sia un fattore molto importante da controllare e regolare.
La problematica principale associata allo svolgimento del materiale ? quindi il mantenimento costante di un valore di tensione di riferimento del materiale.
Il rullo compensatore a ballerino ha il compito di sopperire ai repentini cambi di moto (accelerazioni e decelerazioni) mitigando la tensionatura del film. Il passo di avanzamento del film, in termini di lunghezza e tempo di traslazione, viene invece gestito tramite il primo traino a rulli.
Tuttavia regolare la tensione di un film in materiale sottile e contraddistinto da bassa resistenza a trazione, svolto in continuo ma alimentato in modo discontinuo, risulta essere particolarmente difficoltosa.
Inoltre, gli svolgitori tradizionali qui sopra descritti si adattano a configurazioni e processi di macchina semplici e risultano essere una buona soluzione quando il materiale oggetto di svolgitura ? tenace e robusto e presenta un carico di rottura a trazione compatibile con le forze generate dalle inerzie in gioco nel processo.
In caso di materiali delicati e deboli e con basso carico di rottura a trazione, come per esempio il film in carta filtrante con cui possono essere realizzati i filtri per le capsule di caff?, si riscontrano limiti e svantaggi, amplificati dalle continue accelerazioni e decelerazioni a cui il film ? sottoposto.
Le problematiche pi? comuni riguardano:
- limitazioni sulla velocit? di svolgitura della bobina;
- impossibilit? di applicazione di accelerazioni troppo repentine;
- aumento del numero delle rotture e strappi del film all?aumentare della performance richiesta dalle applicazioni a valle dello svolgitore; - limitazioni nella scelta della tipologia e dello spessore dei materiali da utilizzare;
- limitazioni nella gestione di bobine di grandi dimensioni che generano elevata inerzia al moto.
Presentazione dell?invenzione
? quindi scopo della presente invenzione il superamento delle negativit? sopraesposte, realizzando uno svolgitore per bobine di materiale sottile nastriforme che sia semplice ed efficace nello svolgere in modo continuo un film di materiale sottile e nell?alimentarlo in modo discontinuo alla stazione di lavoro intermittente posta a valle, preservando la bobina e il film stesso da eventuali danneggiamenti o strappi.
Lo scopo dell?invenzione ? raggiunto con uno svolgitore per bobine di materiale sottile nastriforme atto ad essere impiegato a monte di una stazione di lavoro intermittente, comprendente:
- un telaio di supporto;
- un cilindro mandrino motorizzato, girevolmente associato a detto telaio di supporto, atto a sostenere una bobina di materiale sottile nastriforme e a svolgere da detta bobina un film di materiale sottile; - almeno un rullo compensatore a ballerino atto a cooperare in modo attivo o passivo con detto film in svolgimento per mantenere costante la sua tensione;
- un primo traino a rulli motorizzato atto a gestire l?avanzamento di detto film in uscita da detto rullo compensatore a ballerino;
- una centralina di comando e controllo atta a sovraintendere alle movimentazioni indipendenti di detti componenti,
caratterizzato dal fatto che comprende:
- mezzi di accumulo temporaneo e reversibile di una determinata quantit? di film di materiale sottile;
- mezzi attivatori di detti mezzi di accumulo, governati almeno indirettamente da detta centralina di comando e controllo, atti ad imprimere a detti mezzi di accumulo un movimento alternato;
- un secondo traino a rulli interposto tra detti mezzi di accumulo e detta stazione di lavoro intermittente, gestito anch?esso da detta centralina di comando e controllo,
in modo che l?attivazione di detti mezzi di accumulo in un senso provochi temporaneamente un accumulo di detto film, e la loro attivazione nel senso opposto provochi un rilascio rapido di detto film precedentemente accumulato, alimentando detta stazione di lavoro intermittente in cooperazione con detto secondo traino a rulli.
In una variante preferita dell?invenzione, detti mezzi di accumulo comprendono una forchetta girevolmente associata a detto telaio di supporto, disposta tra detti primo e secondo traino a rulli, ove detta forchetta comprende:
- due rulli folli paralleli tra loro e collegati mediante un traverso, tra i quali si avvolge detto film;
- un perno centrale di collegamento di detto traverso a detto telaio di supporto,
ove detti mezzi attivatori sono atti ad imprimerle a detta forchetta un movimento di rotazione di un angolo prefissato nei due sensi, in modo che la rotazione di detta forchetta in un senso provochi temporaneamente un accumulo di film attorno a detti rulli folli, e la rotazione di detta forchetta nel senso opposto provochi un rilascio rapido di detto film precedentemente accumulato, alimentando detta stazione di lavoro intermittente in cooperazione con detto secondo traino a rulli.
Secondo ulteriori aspetti del trovato, detti mezzi attivatori comprendono un attuatore elettrico o pneumatico, o alternativamente detti mezzi attivatori comprendono una molla pneumatica o meccanica.
In una possibile forma realizzativa, detta forchetta comprende rulli folli di peso differente, in modo che la cooperazione tra detto secondo traino a rulli e detti rulli folli realizzi mezzi attivatori di tipo passivo.
L?invenzione presenta numerosi vantaggi.
Detto svolgitore si configura come un sistema di avanzamento ultrarapido discontinuo a passo costante per un film di materiale sottile e delicato svolto in continuo da una bobina.
Mentre il cilindro mandrino svolge in continuo la bobina e la stazione di lavoro intermittente sta lavorando su una porzione di film, detti mezzi di accumulo provvedono a precaricare la quantit? di film svolto che sar? necessaria poi, allo scattare del ciclo successivo, all?espletamento rapido del passo successivo di alimentazione di un nuovo tratto di film da processare nella stazione di lavoro.
Viceversa, mentre la stazione di lavoro ? ferma, durante l?allontanamento del tratto di film gi? processato, i mezzi attivatori sbloccano i mezzi di accumulo, che rilasciano la quantit? di film da processare appena accumulata.
Il tutto vantaggiosamente senza mai interrompere la rotazione del cilindro mandrino di svolgimento della bobina, grazie anche al lavoro del rullo compensatore a ballerino che ammortizza i momenti di fermo e avanzamento rapido.
La bobina e il film di materiale sottile vengono preservati da rischi di strappi o inceppamenti, nonostante il materiale sia debole e le tensioni in gioco siano elevate.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione pi? dettagliata esposta nel seguito, con l?aiuto dei disegni che ne mostrano un modo d?esecuzione preferito, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
? le Figg. 1 e 2 mostrano, in vista schematica semplificata, i componenti principali di uno svolgitore per bobine di materiale sottile nastriforme secondo l?invenzione in due configurazioni di lavoro;
? la Fig. 3 mostra, in vista assonometrica, un componente dello svolgitore di fig.1.
Descrizione dettagliata di un modo di attuazione preferito dell?invenzione
Con riferimento ai particolari delle figure, ? illustrato uno svolgitore 1 per una bobina 15 di materiale sottile nastriforme.
Detto materiale sottile nastriforme pu? essere, a titolo esemplificativo ma non limitativo, carta filtrante caratterizzata da un basso carico di rottura a trazione, molto sensibile ai repentini cambi di velocit? di svolgimento e quindi particolarmente adatta ad essere gestita da svolgitori secondo l?invenzione.
Detto svolgitore 1 si pu? schematizzare suddiviso in due zone operative A, B, poste in sequenza tra loro, a monte di una stazione di lavoro 10 intermittente alla quale viene alimentato in modo discontinuo il film F svolto in modo continuo da detto svolgitore 1. Un telaio 2 di supporto e appoggio a terra funge da collegamento per dette zone A, B.
Una prima zona A comprende i mezzi veri e propri di svolgitura della bobina 15.
Nel dettaglio in detta prima zona A sono provvisti:
- un cilindro mandrino 3 motorizzato, girevolmente associato a detto telaio di supporto 2, atto a sostenere una bobina 15 di materiale sottile nastriforme e a svolgere da detta bobina 15 un film F di materiale sottile;
- un rullo compensatore a ballerino 4 atto a cooperare in modo attivo o passivo con detto film F in svolgimento per mantenere costante la sua tensione;
- un primo 13 e un secondo 14 rullo di rinvio, posti rispettivamente a valle e a monte di detto rullo compensatore a ballerino 4, atti a mantenere allineato e teso il film F in fase di svolgimento.
Con il termine cilindro mandrino si intende alternativamente un?asta, o un?anima, o una coppia di punzoni atti a sostenere assialmente detta bobina madre.
Nella soluzione oggetto di invenzione detto cilindro mandrino 3 ? un palo ad espansione motorizzato, con il compito di porre in rotazione la bobina 15 con moto a favore di svolgimento del film F.
Detto rullo compensatore a ballerino 4 ha la funzione di rendere uniforme e delicato qualsiasi cambiamento di moto, in accelerazione o decelerazione, del cilindro mandrino 3.
Detto rullo compensatore a ballerino 4 pu? avere diverse configurazioni (lineare come nella variante schematicamente illustrata o radiale), pu? avere differenti capacit? di accumulo in termini di metri di film F, ed essere attivo tramite attuatori o passivo e lavorare per gravit?.
In possibili varianti realizzative dello svolgitore 1, potrebbe essere provvista una pluralit? di rulli compensatori a ballerino, posti in serie tra loro.
Detti primo 13 e un secondo 14 rullo di rinvio sono folli.
Una seconda zona B comprende mezzi di caricamento e preparazione del film F svolto dalla bobina 15 da inviare alla stazione di lavoro 10 intermittente successiva.
Nel dettaglio in detta seconda zona B sono provvisti:
- un primo traino a rulli 5 motorizzato atto a gestire l?avanzamento di detto film F in uscita da detto rullo compensatore a ballerino 4;
- mezzi di accumulo temporaneo e reversibile di una determinata quantit? di film F di materiale sottile.
Detto primo traino a rulli 5, secondo tecnica nota, pone in trazione il film F in arrivo dal rullo compensatore a ballerino 4 e ha un funzionamento attivo tramite attuatore elettrico.
Detti mezzi di accumulo comprendono una forchetta 6 (fig. 3) girevolmente associata a detto telaio di supporto 2, disposta tra detto primo traino a rulli 5 e detta stazione di lavoro 10 intermittente.
Detta forchetta 6 comprende:
- due rulli folli 7, 8, paralleli tra loro e collegati mediante un traverso 9, tra i quali si avvolge il film F in arrivo da detto primo traino a rulli 5; - un perno centrale 11 di collegamento di detto traverso 9 a detto telaio di supporto 2.
Detto svolgitore 1 comprende ulteriormente mezzi attivatori per detti mezzi di accumulo, governati almeno indirettamente da detta centralina di comando e controllo, atti ad imprimere a detti mezzi di accumulo, in particolare a detta forchetta 6, un movimento alternato.
Detti mezzi attivatori sono atti ad imprimere a detta forchetta 6 un movimento di rotazione di un angolo ? prefissato nei due sensi, in modo che la rotazione di detta forchetta 6 in un senso (fig.1) provochi temporaneamente un accumulo di film F attorno a detti rulli folli 7, 8, e la rotazione di detta forchetta 6 nel senso opposto (fig.2) provochi un rilascio rapido di detto film F precedentemente accumulato verso detta stazione di lavoro 10 intermittente.
Il movimento alternato di detta forchetta 6 pu? essere attivo, e detti mezzi attivatori possono comprendere un attuatore elettrico o pneumatico.
Differentemente, il movimento alternato di detta forchetta 6 pu? essere passivo ma ammortizzato, e detti mezzi attivatori possono comprendere una molla pneumatica o meccanica, ad esempio una molla a filo avvolta su detto perno centrale 11.
Infine, il movimento alternato di detta forchetta 6 pu? essere passivo e totalmente libero, sottoposto al lavoro della forza di gravit? quando ad esempio i rulli folli 7, 8 che compongono la forchetta 6 hanno pesi differenti.
In generale, la geometria della forchetta 6 ? definita in funzione della lunghezza del passo del film F che si vuole ottenere.
In detta seconda zona B ? provvisto ulteriormente un secondo traino a rulli 12 motorizzato atto a porre in trazione il film F avvolto sulla forchetta 6 girevole, provocando (in caso di mezzi attivatori passivi) o gestendo (in caso di mezzi attivatori attivi) la sua rotazione.
Detto secondo traino a rulli 12 ? posizionato a monte della stazione di lavoro 10 intermittente che processa il film F ed ha il compito di ?spingere? il film F in posizione, secondo la velocit? e la lunghezza stabilita dalla stazione di lavoro stessa. Anche detto secondo traino a rulli 12 ha un funzionamento attivo tramite attuatore elettrico.
Tutti i componenti sopra descritti sono controllati tramite una centralina di comando e controllo e sono interdipendenti tra di loro.
Detta centralina di comando e controllo ? atta a ricevere ed elaborare i valori di tensione rilevati da sensori e encoder di tipo noto disposti lungo lo svolgitore 1 per comandare gli attuatori del cilindro mandrino 3 e dei vari rulli dislocati.
La verifica da parte della centralina di comando e controllo dei dati misurati garantisce il corretto funzionamento di tutto svolgitore 1.
Lo svolgitore 1 oggetto di invenzione consente di essere configurato per andare incontro ad innumerevoli e diverse problematiche legate sia alle caratteristiche del film F in svolgimento, sia alle caratteristiche della bobina 15 madre di partenza, sia alle caratteristiche del processo in cui ? inserito, in particolare della stazione di lavoro 10 intermittente subito a valle (tempo di traslazione, tempo di sosta ecc?).
Essendo costituito da due zone di lavoro A, B e rispettivi componenti che lavorano sinergicamente ? possibile configurare indipendentemente ciascuno di essi.
Vantaggiosamente ? possibile per esempio gestire infinite tipologie di bobine (in termini di diametri, larghezze, peso) in quanto le forze in gioco e le inerzie generate durante la svolgitura della bobina 15 non vanno ad influire sul lavoro dei componenti successivi ed in particolar modo sul lavoro della stazione di lavoro intermittente e dei mezzi di accumulo che si occupano della fase di rilascio del film in avanzamento rapido.
Questa logica di disgiunzione delle zone operative A, B, di svolgitura e di caricamento, permette di avere totale libert? nella scelta del materiale sottile in termini di tipologia, spessore, resistenza alla trazione, ecc..
La tensionatura del film che ? possibile avere nel punto di processamento all?interno della stazione di lavoro intermittente ? molto precisa in quanto esente da disturbi esterni dovuti alla svolgitura, o alla compensazione o alla fase di caricamento rapido.
Sempre grazie alla logica di disgiunzione delle zone operative A, B che lavorano in sinergia ? possibile gestire ogni lunghezza di passo e avanzamento del film e/o i tempi di traslazione.
La larghezza del film F non ha impatto sulla configurazione dei singoli componenti delle zone operative, ma implica solamente di avere adeguate lunghezze dei traini a rulli 5, 12, del rullo compensatore a ballerino 4, dei rulli di rinvio 13, 14 e degli eventuali rulli folli 7, 8 della forchetta 6 rotante dei mezzi di accumulo.
Claims (5)
1. Svolgitore (1) per bobine (15) di materiale sottile nastriforme atto ad essere impiegato a monte di una stazione di lavoro (10) intermittente, comprendente:
? un telaio di supporto (2);
? un cilindro mandrino (3) motorizzato, girevolmente associato a detto telaio di supporto (2), atto a sostenere una bobina (15) di materiale sottile nastriforme e a svolgere da detta bobina (15) un film (F) di materiale sottile;
? almeno un rullo compensatore a ballerino (4) atto a cooperare in modo attivo o passivo con detto film (F) in svolgimento per mantenere costante la sua tensione;
? un primo traino a rulli (5) motorizzato atto a gestire l?avanzamento di detto film (F) in uscita da detto rullo compensatore a ballerino (4);
? una centralina di comando e controllo atta a sovraintendere alle movimentazioni indipendenti di detti componenti, caratterizzato dal fatto che comprende:
- mezzi di accumulo temporaneo e reversibile di una determinata quantit? di film (F) di materiale sottile;
- mezzi attivatori di detti mezzi di accumulo, governati almeno indirettamente da detta centralina di comando e controllo, atti ad imprimere a detti mezzi di accumulo un movimento alternato;
- un secondo traino a rulli (12) interposto tra detti mezzi di accumulo e detta stazione di lavoro (10) intermittente, gestito anch?esso da detta centralina di comando e controllo
in modo che l?attivazione di detti mezzi di accumulo in un senso provochi temporaneamente un accumulo di detto film (F), e la loro attivazione nel senso opposto provochi un rilascio rapido di detto film (F) precedentemente accumulato, alimentando detta stazione di lavoro (10) intermittente in cooperazione con detto secondo traino a rulli (12).
2. Svolgitore (1) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accumulo comprendono una forchetta (6) girevolmente associata a detto telaio di supporto (2), disposta tra detti primo (5) e secondo (12) traino a rulli, ove detta forchetta (6) comprende: - due rulli folli (7, 8) paralleli tra loro e collegati mediante un traverso (9), tra i quali si avvolge detto film (F);
- un perno centrale (11) di collegamento di detto traverso (9) a detto telaio di supporto (2),
ove detti mezzi attivatori sono atti ad imprimerle a detta forchetta (6) un movimento di rotazione di un angolo (?) prefissato nei due sensi, in modo che la rotazione di detta forchetta (6) in un senso provochi temporaneamente un accumulo di detto film (F) attorno a detti rulli folli (7, 8), e la rotazione di detta forchetta (6) nel senso opposto provochi un rilascio rapido di detto film (F) precedentemente accumulato, alimentato verso detta stazione di lavoro (10) intermittente in cooperazione con detto secondo traino a rulli (12).
3. Svolgitore (1) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi attivatori comprendono un attuatore elettrico o pneumatico.
4. Svolgitore (1) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi attivatori comprendono una molla pneumatica o meccanica.
5. Svolgitore (1) secondo la riv. 2, caratterizzato dal fatto che detta forchetta (6) comprende rulli folli (7, 8) di peso differente, in modo che la cooperazione tra detto secondo traino a rulli (12) e detti rulli folli (7, 8) realizzi mezzi attivatori di tipo passivo.
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