ITVI20100215A1 - Dispositivo utensile di taglio , in particolare per prodotti di laminazione - Google Patents

Description

DISPOSITIVO UTENSILE DI TAGLIO, IN PARTICOLARE PER

PRODOTTI DI LAMINAZIONE

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La presente invenzione riguarda un dispositivo utensile di taglio, in particolare per prodotti di laminazione. Più precisamente, l’invenzione si riferisce a un dispositivo di taglio da utilizzarsi nella produzione e rifinitura dei prodotti di laminazione, che lavora in assenza di dispositivi di sincronizzazione, e avente un raggio variabile di rotazione dei coltelli, secondo la lunghezza di taglio definita.

Nell’ambito dei laminatoi per prodotti lunghi, il prodotto ottenuto dal processo di laminazione, ad esempio un filo, viene tagliato in più pezzi. La misura di tali pezzi corrisponde a un multiplo della lunghezza dei prodotti finiti, che saranno confezionati per la vendita. In seguito a questo primo taglio, i pezzi sono adagiati su un letto a raffreddare e poi sono tagliati nella misura finale e confezionati.

Poiché per effettuare un taglio netto à ̈ necessario che la differenza di velocità tra lame e prodotto da tagliare sia nulla, à ̈ necessario che il prodotto sia fermo, oppure che le lame viaggino alla stessa velocità del prodotto.

I prodotti della laminazione, all’interno degli impianti moderni, viaggiano a una velocità che può variare dai 70 ai 360 km/h, per cui à ̈ da escludere l’ipotesi di fermare il prodotto a ogni taglio necessario: si determinerebbe un eccessivo spreco di tempo e non sarebbe possibile raggiungere le velocità desiderate.

In questo contesto, l’obiettivo nella progettazione degli impianti di laminazione e dei relativi dispositivi di taglio à ̈ di riuscire a mantenere una velocità costante del prodotto da tagliare, e allo stesso tempo raggiungere tale velocità con il dispositivo di taglio.

Una soluzione nota à ̈ un dispositivo, chiamato “cesoia volante†, che à ̈ costituito da un coltello o gruppo di taglio, fissato su di un carro che, pilotato da un motore, può muoversi avanti e indietro.

Il carro scorre su una rotaia, mentre il prodotto da tagliare fluisce sotto il coltello. Un sistema di controllo comanda il motore e fa si che, giunti a una opportuna lunghezza del prodotto, il carro inizi a muoversi alla stessa velocità del prodotto. A questo punto la velocità relativa tra carro, coltello e prodotto à ̈ nulla e il taglio può avvenire. Effettuato il taglio, il carro torna alla posizione iniziale pronto a un nuovo ciclo.

Un’altra soluzione nota à ̈ un dispositivo, chiamato “cesoia rotante†, che agisce anch’esso sul prodotto in movimento.

Tale dispositivo à ̈ composto di due assi principali, che supportano ciascuno un braccio portacoltelli, con il relativo coltello di taglio, che sono sincronizzati tramite un collegamento a ruote dentate, in modo da ruotare in senso inverso e incrociarsi a ogni giro. Il taglio, quindi, avviene grazie alla rotazione dei bracci portacoltelli, al momento del loro incrocio.

Dato il movimento circolare, il coltello ha una velocità rispetto al prodotto da tagliare che dipende sia dalla velocità del portacoltelli, ovvero una velocità angolare, sia dall’angolo che il portacoltelli crea rispetto al Punto Morto Superiore.

Perché il taglio avvenga senza strappi, nel settore di interferenza tra coltello e prodotto, la velocità del portacoltelli viene regolata in modo da avere la proiezione della velocità del coltello sul prodotto da tagliare pari a quella del prodotto stesso.

Il meccanismo a ruote dentate, che collega in sincrono i due motori, interferisce negativamente sul movimento del prodotto da tagliare, che quindi durante il suo funzionamento non può essere effettuato ad alte velocità. Infatti, l’alta velocità del prodotto nei pressi di due ruote dentate potrebbe essere molto pericolosa: le vibrazioni degli ingranaggi potrebbero provocare uno spostamento del prodotto, che genererebbe ulteriori imprecisioni di taglio, oppure, in casi più gravi, l’uscita del prodotto dall’impianto, colpendo eventuali pareti di protezione, oppure le ruote dentate stesse, generando pericolosi incidenti.

Tale meccanismo, oltre ai problemi summenzionati, richiede costosi oneri di manutenzione, dovuti alla necessaria e costante lubrificazione, per permettere un movimento continuo e regolare, ed evitare che l’intero impianto si blocchi.

A ogni ciclo, quindi, per effettuare un taglio netto, i bracci portacoltelli accelerano per raggiungere la velocità del filo, effettuano il taglio e poi decelerano fino a fermarsi, per evitare l'interferenza delle ruote dentate con il movimento del filo stesso. Avendo a disposizione intervalli di tempo molto brevi, à ̈ impossibile che i coltelli, di entrambi i dispositivi descritti accelerino al punto da raggiungere velocità molto alte, pertanto il prodotto della laminazione deve scorrere necessariamente a una velocità controllata e limitata.

Inoltre, i cicli di accelerazione/decelerazione, che avvengono in entrambe le soluzioni note descritte, comportano ovviamente un dispendio di energia elettrica enorme, che va a incidere sui costi di produzione e di conseguenza sul prezzo di mercato, che non potrà mai essere competitivo.

Con le attuali richieste del mercato di prodotti di laminazione, si cerca di realizzare impianti di laminazione che consentano un aumento della velocità di produzione e un contenimento degli spazi.

In questo contesto, i dispositivi di taglio descritti costituiscono un ostacolo ad una maggiore efficienza e una ottimizzazione degli spazi.

Infatti, con le soluzioni note, per ottenere un taglio netto, à ̈ necessario limitare la velocità del filo.

Una soluzione nota ai summenzionati inconvenienti consiste nel realizzare una lunghezza di taglio maggiore rispetto a quella effettuata in precedenza, in modo da dover ridurre la frequenza dei cicli di accelerazione/decelerazione, ma questo comporta l’ulteriore inconveniente di aumentare gli spazi di ingombro. Infatti, per realizzare una lunghezza maggiore, à ̈ necessario impiegare bracci portacoltelli di lunghezza maggiore.

Ovviamente, anche questa soluzione richiede un secondo taglio, durante la fase di raffreddamento, per definire la misura finale destinata al confezionamento e alla vendita.

Infine, impiegando i dispositivi di tipo noto, si ottiene un numero eccessivo di scarti, dovuto alla scarsa precisione del taglio.

Gli impianti di ultima generazione realizzano direttamente la misura finale di taglio, all’ingresso nella postazione di raffreddamento, tramite il summenzionato dispositivo, detto “cesoia rotante†, eliminando la seconda fase di taglio e velocizzando di conseguenza il processo produttivo.

Tuttavia, tali impianti sarebbero davvero efficienti solo se il dispositivo di taglio utilizzato garantisse una certa precisione nella determinazione della lunghezza di taglio, che si otterrebbe solo se i coltelli si muovessero costantemente in sincrono, alla stessa velocità del prodotto da tagliare.

Ad esempio, utilizzando un impianto di tipo tradizionale, se si lavora a una velocità di produzione di 20 m/s e si realizza una lunghezza di taglio pari a 48 m, la frequenza di taglio à ̈ di 25 cicli al minuto, e la precisione richiesta à ̈ di ±20 cm.

Invece, se fosse possibile sfruttare un impianto di ultima generazione al massimo della sua efficienza, eseguendo direttamente il taglio della misura finale, a parità di velocità di produzione, realizzando una lunghezza di taglio pari a 12 m, la frequenza di taglio sarebbe di 100 cicli al minuto, ma la precisione richiesta sarebbe di ±0.5 cm.

Al contrario, i dispositivi di taglio di tipo noto non sono in grado di garantire tale precisione, né sostenere tale ritmo di cicli di lavoro a quella velocità, in quanto sarebbe necessario effettuare più cicli di accelerazione e decelerazione in un minore intervallo di tempo, e questo non à ̈ possibile, come appare evidente da quanto sopra esposto.

Permane quindi allo stato attuale dell’arte la necessità di prevedere l’impiego di un dispositivo di taglio per prodotti di laminazione in grado di garantire una precisione di taglio richiesta dai moderni impianti di laminazione, in modo da poterli utilizzare nelle condizioni ottimali di efficienza.

Inoltre, à ̈ chiaro da quanto sopra che à ̈ necessario disporre di un dispositivo di taglio per prodotti di laminazione che comporti un ingombro minimo e che non richieda una riduzione di velocità del prodotto da tagliare.

In aggiunta a ciò, i dispositivi sopra descritti rendono necessari periodici cicli di controllo e riposizionamento dei coltelli, per garantire la loro seppur minima precisione di taglio, oltre a sconvenienti ingranaggi esterni di sincronizzazione, che interferiscono con il movimento del prodotto da tagliare e richiedono scomode e costose lubrificazioni. Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota, ovvero realizzare un dispositivo di taglio per prodotti di laminazione, che possa essere integrato negli impianti di laminazione di ultima generazione.

In particolare, scopo della presente invenzione à ̈ realizzare un dispositivo che garantisca una precisione di taglio idonea all’efficienza operativa di tali impianti.

Nell’ambito di tale scopo, compito della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo che che ha la possibilità di variare il raggio di rotazione dei coltelli, secondo la lunghezza di taglio definita, e allo stesso tempo occupi uno spazio contenuto.

Ancora, obiettivo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo che eviti gli sprechi di energia elettrica per il suo funzionamento.

Un ulteriore obiettivo della presente invenzione à ̈ quello di evitare la presenza di ingranaggi di sincronizzazione e, allo stesso tempo, la necessità di periodici cicli di controllo e riposizionamento dei coltelli.

Infine, scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo che permetta una velocità di produzione superiore a quella permessa dai dispositivi della tecnica nota.

Questi e altri scopi sono raggiunti mediante un dispositivo utensile di taglio per prodotti di laminazione, che prevede un meccanismo di sincronizzazione del taglio direttamente nei portacoltelli, ottenendosi lo stesso effetto che si ottiene con le ruote dentate, senza che esse vengano previste, così evitando i problemi che ne derivano.

Le caratteristiche del dispositivo secondo l'invenzione sono definite nella allegata rivendicazione 1, cui si rinvia per brevità di esposizione.

Ulteriori caratteristiche tecniche di dettaglio del dispositivo secondo l’invenzione sono indicate nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Vantaggiosamente, questo dispositivo assicura una precisione di taglio anche ad alte velocità, con frequenza di tagli fino a 200tagli/minuto.

Un altro vantaggio della presente invenzione à ̈ che l’energia elettrica impiegata à ̈ esclusivamente quella necessaria a mantenere la velocità costante, non essendo necessario eseguire cicli di accelerazione/decelerazione.

Inoltre, il dispositivo secondo l'invenzione lavora in assenza di cicli di controllo di posizione, perché si sincronizza automaticamente a ogni giro, e non richiede la presenza di ingranaggi di sincronizzazione che avrebbero bisogno di una costosa lubrificazione, oltre che di una riduzione della velocità di movimento dei prodotti da tagliare.

Questi aspetti favoriscono un risparmio di tempo e di energia elettrica, comportando un notevole abbattimento dei costi di produzione.

Gli scopi e i vantaggi detti appariranno in misura maggiore dalla descrizione che segue, relativa a una preferita forma esecutiva dispositivo utensile di taglio per prodotti di laminazione secondo l’invenzione, a titolo indicativo e illustrativo, ma non limitativo, con l’ausilio delle tavole allegate in cui:

- la figura 1A mostra una prima forma realizzativa del dispositivo secondo l’invenzione, in una vista frontale;

- la figura 1B mostra una vista laterale del dispositivo di figura 1A;

- la figura 1C mostra una seconda forma realizzativa del dispositivo secondo l’invenzione, in una vista laterale;

- la figura 2A mostra un primo dettaglio del dispositivo di figura 1A;

- la figura 2B mostra un secondo dettaglio del dispositivo di figura 1A;

- la figura 3 mostra uno schema funzionale del dispositivo di figura 1A.

Facendo riferimento alle figure 1A, 1B e 1C, il dispositivo secondo l’invenzione prevede due portacoltelli 301, di lunghezza variabile, ciascuno provvisto di un coltello 302 ed azionato da un motore 202. Ciascun portacoltelli 301 ruota, mosso dal motore 202, attorno a un proprio asse A e B perpendicolari all’asse principale del portacoltelli stesso. Ciascun gruppo motore/portacoltelli 202/301 à ̈ dotato di una slitta 201, su cui scorre lungo il telaio 101, in modo da variare la distanza fra i due assi A e B di rotazione. Tale scorrimento lungo il telaio 101 genera quindi il variare della posizione dei coltelli 302 e di conseguenza il loro diametro di rotazione.

Vantaggiosamente, lo scorrimento à ̈ regolato da un sistema di controllo manuale 102, ma à ̈ da intendersi che possa essere previsto un altro sistema di controllo, senza per questo compromettere il funzionamento del dispositivo oggetto dell’invenzione. La figura 1C mostra una variante del dispositivo illustrato nelle figure 1A e 1B. L’unica differenza fra quest’ultimo dispositivo e quello delle figure precedenti à ̈ dato semplicemente dall’orientamento del piano di rotazione dei coltelli: nelle figure 1A e 1B gli assi A e B sono orizzontali e i coltelli ruotano su un piano orizzontale; nella figura 1C gli assi A e B sono verticali e i coltelli ruotano su un piano verticale.

Tale ulteriore configurazione à ̈ mostrata a dimostrazione del fatto che il funzionamento del dispositivo à ̈ indipendente dal suo orientamento operativo.

In riferimento ora le figure 2A e 2B, il primo portacoltelli 301a presenta, a fianco della sua estremità, un primo elemento meccanico di sincronizzazione 303a, mentre il secondo portacoltelli 301b presenta, sempre a fianco della sua estremità, un secondo elemento meccanico di sincronizzazione 303b, con profilo corrispondente e complementare al primo elemento meccanico di sincronizzazione 303a, in modo che a ogni giro essi si incontrino e automaticamente combacino, allineando ognuno il rispettivo coltello 302 rispetto a quello dell’altro.

In particolare, come più evidente dalla figura 2B, il primo elemento meccanico di sincronizzazione comprende un dente centrale 303a, mentre il secondo elemento meccanico di sincronizzazione comprende due denti laterali 303b, in cui va a ingranarsi il dente centrale 303a.

In questo modo, nel momento di incontro tra i due portacoltelli 301a e 301b, rotanti ciascuno attorno a un rispettivo asse di rotazione A e B, essi si ingranano come in una ruota dentata. Nella figura 2B si mostra chiaramente, tramite le traiettorie circolari 1 dei coltelli e i profili 2 di un’immaginaria ruota dentata, come sia possibile sincronizzare perfettamente i due motori 202, senza alcun sistema di sincronizzazione esterno.

In particolare, ma non necessariamente, in questa specifica forma di realizzazione, sono adottati denti con profilo ad evolvente, per facilitare la coincidenza dei movimenti dei portacoltelli 301.

Vantaggiosamente, infatti, il profilo ad evolvente permette ai due portacoltelli di iniziare ad ingranare ed ad allinearsi prima che i due coltelli si tocchino. Resta inteso che, in altre soluzioni esecutive, tale coincidenza di movimenti potrà essere ottenuta tramite l’utilizzo di elementi meccanici di sincronizzazione diversi dai denti raffigurati, ma in grado di ottenere lo stesso risultato, senza per questo uscire dall’ambito di protezione del presente trovato.

Inoltre, nella soluzione raffigurata, i portacoltelli 301 sono dotati ciascuno di un solo elemento meccanico di sincronizzazione 303, ma à ̈ chiaro che sia possibile aggiungerne un altro sul fianco opposto, se necessario, per aumentare la stabilità del dispositivo.

La distanza fra gli assi A e B di rotazione dei portacoltelli 301 à ̈ stabilita in base alla lunghezza di taglio del prodotto laminato, e può essere determinata tramite la semplice formula:

lunghezza da tagliare/pi.

Ad esempio, data una lunghezza desiderata pari a 6 m, la distanza fra i due assi A e B sarà pari a 6/pi=1,91.

In riferimento ora alla figura 3, una volta avviato il dispositivo, à ̈ necessario effettuare un’accelerazione iniziale, per portarsi alla velocità di regime. Una volta raggiunta tale velocità, essa si mantiene costante e, in presenza di un prodotto laminato 3 fra i coltelli, il dispositivo effettua un taglio di tale prodotto 3 nella misura corrispondente alla circonferenza 1 percorsa dai coltelli 302.

Riducendo il contatto fra i due gruppi motore/portacoltelli 202/301 a un solo punto, ovvero quello in cui i coltelli si incontrano allineandosi e si effettua il taglio, si riduce anche l’interferenza con il movimento del prodotto di laminazione. Il prodotto scorre indisturbato fra i due assi di rotazione A e B, fino a quando non si interseca nuovamente con i due coltelli, nel momento di un nuovo taglio. In questo modo, la velocità operativa del dispositivo di taglio può essere uguale alla velocità di movimento del prodotto di laminazione da tagliare, e mantenuta costante.

Vantaggiosamente, si annulla la necessità di effettuare cicli di accelerazione/decelerazione e di riallineamento dei coltelli, con un conseguente ovvio aumento di efficienza produttiva.

La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo utensile di taglio per prodotti di laminazione, comprendente: almeno un primo portacoltelli (301a) e un secondo portacoltelli (301b), aventi la medesima lunghezza, ciascuno provvisto di un’estremità libera e di un coltello (302) posizionato in detta estremità libera, ed azionato da un motore (202), ciascun portacoltelli (301a, 301b) ruotando, mosso da detto motore (202), ciascuno alla medesima velocità, attorno a un proprio asse (A, B), perpendicolare all’asse principale di detto portacoltelli stesso, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo portacoltelli (301a, 301b) presentano, ciascuno su almeno un rispettivo e corrispondente fianco di detta sua estremità libera, rispettivamente un primo e un secondo elemento meccanico di sincronizzazione (303a, 303b), ciascuno di detti primo e secondo elemento meccanico di sincronizzazione (303a, 303b) prevedendo un profilo reciprocamente corrispondente e complementare, in modo che a ogni giro essi si incontrino e automaticamente combacino, allineando ognuno il rispettivo coltello (302) rispetto a quello dell’altro.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento meccanico di sincronizzazione comprende un dente centrale (303a), e detto secondo elemento meccanico di sincronizzazione comprende due denti laterali (303b), in cui va a ingranarsi detto dente centrale (303a), e viceversa.
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti denti centrale (303a) e laterali (303b) presentano un profilo ad evolvente.
4. 4) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti primo e secondo portacoltelli (301a, 301b) Ã ̈ montato scorrevolmente su un telaio (101), in modo che sia possibile variare la circonferenza (1) di rotazione.
5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto accoppiamento scorrevole fra ciascuno di detti primo e secondo portacoltelli (301a, 301b) e detto telaio (101) Ã ̈ generato da una slitta (201) accoppiata a ciascuno di detti gruppi motore/portacoltelli (202, 301a, 301b) e da una guida lineare prevista su detto telaio (101).
6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detto scorrimento fra ciascuno di detti gruppi motore/portacoltelli (202, 301a, 301b) e detto telaio (101) Ã ̈ regolato da un sistema di controllo manuale (102).