ES2280285T3 - Rodillo de transferencia. - Google Patents
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Abstract
Un rodillo de transferencia (1) para transportar una tira de material sustancialmente plano, rodillo de transferencia que incluye una envuelta cilíndrica exterior (2), incluyendo al menos dos elementos cilíndricos (8a, 8b) unidos conjuntamente, una junta mecánica (9) une conjuntamente los elementos cilíndricos (8a, 8b), caracterizado por el hecho de que entre los dos elementos cilíndricos (8a, 8b) se ha dispuesto unos medios para proporcionar una región de rigidez mecánica predeterminada y reducida con relación a la rigidez del resto de la envuelta cilíndrica (2), y porque dicha junta (9) es una junta soldada.
Description
Rodillo de transferencia.
La invención es un rodillo de transferencia
usado en procesos continuos y semicontinuos para la producción de
material sustancialmente plano en una hoja, lámina o tira de
materiales tal como papel o metales incluyendo cobre, acero o
aluminio. Más en particular la invención es un rodillo de
transferencia para uso en procesos industriales tal como en una
máquina de fabricar papel o un laminador donde un material es
producido o procesado como una tira
(JP-A-55 088918).
Un requisito básico de la producción y el
procesado de materiales en tira y hoja es que se produzca un
material en tira a una especificación que incluya típicamente al
menos un grosor predeterminado y propiedades predeterminadas del
material. Para lograr tales requisitos predeterminados, las fuerzas
mecánicas aplicadas a la tira durante el procesado deben ser
controladas exactamente. Un rodillo de transferencia que transporta
material en tira de una parte de un proceso a otra, debe
transportar el material mientras que ejerce una tensión o presión
que es controlada exactamente y distribuida uniformemente por la
anchura del rodillo.
Un rodillo descrito en la Patente de Estados
Unidos US 3.481.194 concedida en 1969 está diseñado como un rodillo
medidor para medir la planeidad en una tira de metal que pasa por
encima del rodillo. La planeidad es medida indirectamente por el
rodillo medidor con la ayuda de varios sensores de fuerza dispuestos
dentro del rodillo y contra el interior de la superficie cilíndrica
exterior. El rodillo está dividido conceptualmente en varias zonas
paralelas a través de la anchura del rodillo medidor y un sensor de
fuerza mide una fuerza aplicada por el rodillo a la tira en cada
zona. De esta forma se conoce la cantidad y la distribución de la
fuerza aplicada por el rodillo a la tira, y se puede emplear
técnicas de control de proceso para corregir u optimizar las
fuerzas con el fin de regular propiedades de la tira tales como, por
ejemplo, resistencia a la tracción, planeidad u otras cualidades
dimensionales. Sin embargo, las demandas de mayor exactitud en el
tiempo significan que es difícil medir exactamente algunas fuerzas
en cualquier zona. Esto es debido a la tendencia de una fuerza
aplicada en una zona del rodillo a ser compartida o transferida a
una zona adyacente.
La transferencia de fuerza de forma no
intencionada o no controlada se describe a veces como diafonía. Se
usa en esta descripción para describir la transferencia no
controlada de fuerzas mecánicas entre partes mecánicamente
conectadas de un rodillo de transferencia.
US 4.366.720 describe un método de construir un
rodillo deflector, o un rodillo medidor. El rodillo se construye
usando una serie de secciones en forma de disco de un cilindro, de
las que algunas están equipadas con sensores de medición de fuerza.
Sin embargo, en general surge una dificultad con rodillos
cilíndricos incluyendo tales secciones en forma de disco. En un
entorno industrial se da la tendencia a que contaminantes como
suciedad, grasa, material particulado u óxidos sean atrapados entre
secciones de disco contiguas durante el uso normal. Esto puede dar
origen a una transferencia parcial y no regulada de fuerza,
diafonía, entre los discos, haciendo difícil asegurar la exactitud
de la distribución de fuerza a través del rodillo y de la medición
de fuerza en zonas distribuidas a través del rodillo.
US 4.024.755 describe un rodillo deflector para
medir y verificar la planeidad de hoja metálica bajo tensión.
Incluye una porción no rotativa interior que soporta detectores de
esfuerzos radiales axialmente espaciados en zonas de medición
axialmente espaciadas separadas por zonas neutras, y una envuelta
exterior rotativa continua a ser contactada por la hoja y para
transmitir los esfuerzos radiales a los dispositivos detectores. Al
producir tal rodillo hay que usar encogimiento, que requiere muy
pequeñas tolerancias y fuerzas de contracción uniformes. Esto es
muy difícil de usar con un rodillo que mide aproximadamente 2 metros
de ancho.
Un objeto de la invención es proporcionar un
rodillo de transferencia en el que una envuelta cilíndrica exterior
del rodillo de transferencia se separa en una serie de elementos
cilíndricos conectados juntamente por una conexión mecánica de
rigidez conocida y predeterminada.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
rodillo de transferencia con el que las mediciones de fuerza
tomadas en cada elemento cilíndrico del rodillo se someten a un
grado conocido y limitado de diafonía entre elementos, y unos
medios para obtener ese resultado en el rodillo de
transferencia.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
método para soldar conjuntamente elementos cilíndricos para obtener
un rodillo de transferencia en el que los elementos cilíndricos
están conectados mecánicamente uno a otro en una extensión conocida
y predeterminada.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
rodillo de transferencia en el que el cilindro o elementos
cilíndricos que forman el cilindro están en una condición
preestirada.
Otro objeto de la invención es proporcionar unos
medios para medir una propiedad de un material en tira, cuyo valor
medido puede ser usado en una función de supervisión, control o
regulación para el mismo material en tira en el mismo u otro
proceso.
Un objeto de la invención es proporcionar un
sistema para reducir el error de planeidad en al menos parte de la
longitud de una tira.
Según un aspecto de la invención se facilita un
rodillo de transferencia como el definido en la reivindicación
1.
La invención se puede describir en resumen como
un rodillo de transferencia que transporta un material plano o en
tira desde un dispositivo a otro en un proceso. En particular, la
presente invención es un rodillo de transferencia en el que al
menos la superficie interior de la envuelta cilíndrica del rodillo
está completa o parcialmente separada en dos o más elementos
cilíndricos. Proporcionando unos medios para rigidez mecánica
reducida, predeterminada y constante en una región del cilindro
entre cada elemento cilíndrico, las propiedades mecánicas de la
envuelta cilíndrica en diferentes partes del cilindro general se
hacen dependientes en grado predecible dentro de los límites
operativos del rodillo de transferencia. Esto significa, en primer
lugar, que la fuerza aplicada por el rodillo de transferencia a un
material en tira puede ser aplicada uniformemente y con mayor
exactitud que antes. En segundo lugar, las mediciones realizadas
usando el rodillo de transferencia son dependientes en grado
conocido entre un elemento cilíndrico y el siguiente. El grado de
dependencia debido a diafonía es conocido en base a la rigidez
mecánica predeterminada y puede ser compensado por cálculo. Esto
proporciona una mejora consiguiente y decisiva de la exactitud en
comparación con los rodillos de transferencia existentes. En
consecuencia, un error en una propiedad de material en tira que pasa
por el rodillo de transferencia puede ser detectado con mayor
exactitud que antes. Opcionalmente, las mediciones de error
realizadas con mayor exactitud que antes pueden ser usadas
posteriormente para reducir o corregir tales errores en el proceso
presente o en otro proceso relativo al mismo material.
La principal ventaja de la invención es que una
tira de material plano puede ser procesada o producida con una
especificación de propiedades requerida, tal como el grosor o la
planeidad, con menos error, y en consecuencia menos degradación del
producto, recortes y desperdicio. Tal reducción significativa de los
errores y recortes producirá un gran beneficio medioambiental en
términos de uso reducido de materiales y energía en los procesos
industriales donde se usa el rodillo de transferencia. También es
grande el beneficio económico de una mejor exactitud y un
desperdicio reducido de materiales y energía en procesos continuos y
otros que producen grandes cantidades, por ejemplo, de papel,
cartón, láminas, metales y materiales plásticos o sintéticos.
Según otro aspecto de la invención se facilita
un método como el definido en la reivindicación 16.
Se describe un método para proporcionar una
junta soldada como unos medios para proporcionar una región de
rigidez predeterminada y reducida entre dos elementos cilíndricos
del rodillo de transferencia. Una ventaja del método descrito según
un mejor uso de la presente invención es que el diseño de la junta
también sirve para evitar que material fundido de la junta soldada
entre en el interior del rodillo de transferencia. Otra ventaja de
este método es que cualquier pequeña variación de la profundidad de
la soldadura se compensa por una tolerancia ventajosa del grosor de
una parte no fundida de la sección transversal del elemento. Otra
ventaja de la junta soldada es que los elementos cilíndricos se
pueden preestirar convenientemente y por separado antes de unirlos
conjuntamente. El preestirado de la envuelta cilíndrica proporciona
una mayor exactitud de la medición de la fuerza aplicada por el
rodillo a una tira.
También es una ventaja que la junta soldada, una
vez realizada, también se puede hacer perfectamente lisa en la
superficie exterior del rodillo de transferencia usando técnicas de
fabricación convencionales para producir rodillos cubiertos de
metal. Así, la superficie exterior se hace perfectamente plana y
nivelada según las especificaciones normalmente requeridas para no
marcar o deteriorar la superficie de una hoja de material o una
tira laminada. Tal junta soldada también se puede producir de manera
que sea sin costura y completa, evitando la acumulación o la
penetración de contaminantes de cualquier especie.
Otra ventaja de la invención es que la exactitud
de medición a través del rodillo se mejora en gran medida con
relación a la técnica anterior, y así el rodillo de transferencia
puede ser usado en nuevas aplicaciones y ramas de la industria
donde las limitaciones anteriores de la exactitud hacían
problemáticos tales rodillos de transferencia y rodillos
medidores.
Otra ventaja es que el rodillo de transferencia
puede ser incorporado fácil y económicamente en procesos existentes
para mejorar la exactitud y reducir así costos.
La presente invención se describirá con más
detalle en conexión con los dibujos anexos.
La figura 1 (técnica anterior) representa
esquemáticamente una sección axial de un rodillo de transferencia
dispuesto como un rodillo medidor de planeidad según la técnica
conocida.
La figura 2 (técnica anterior) representa
esquemáticamente una sección transversal del mismo rodillo de
transferencia según la técnica conocida.
La figura 3 representa un diagrama simplificado
en sección transversal de un rodillo de transferencia según una
realización de la presente invención.
La figura 4 representa un diagrama esquemático
de una sección transversal de una junta entre dos elementos
cilíndricos de un rodillo de transferencia según una realización de
la presente invención.
Un rodillo equipado con medios medidores
dispuestos para medir la planeidad de una tira de metal laminado
según un método y dispositivo de la técnica anterior se representa
en las figuras 1 y 2.
La figura 1 representa una sección transversal
de un rodillo de transferencia 1 a lo largo del eje largo del
cilindro con una envuelta cilíndrica exterior 2 dispuesta entre dos
extremos 3, 4. La superficie del cilindro está dividida
conceptualmente en una serie de zonas 5 para medición. La figura 2
representa una sección transversal axial del mismo rodillo provisto
de sensores dentro del cilindro incluyendo el sensor 6.
Uno o más sensores están dispuestos dentro del
cilindro en contacto con la envuelta cilíndrica del rodillo en uno
o más puntos alrededor de la periferia en una o más zonas. Cuando el
rodillo gira, la fuerza ejercida por la envuelta cilíndrica contra
una tira de material que pasa sobre el rodillo es medida en cada
zona por cada uno del único o varios sensores.
La figura 3 representa un rodillo de
transferencia según una realización de la presente invención. Se
representa una envuelta cilíndrica 2. La envuelta cilíndrica
contiene elementos cilíndricos como 8 y rebajes 7 en la superficie
interior de la envuelta cilíndrica. La envuelta cilíndrica 2 es así
más fina entre los elementos cilíndricos donde están dispuestos los
rebajes 7.
La figura 4 representa un método preferido de
proporcionar una realización de la presente invención. Se ilustra
una sección esquemática a través de una junta 9 entre dos elementos
cilíndricos 8a, 8b. Unos elementos cilíndricos 8a, 8b están unidos
por un grosor predeterminado de material 11. El grosor
predeterminado 11 puede ser comparado con un paso de material que
se empareja con un paso cooperante y subyacente en el extremo del
otro elemento cilíndrico 8b. El paso subyacente de 8b se define por
una profundidad igual a las dimensiones 14a más 14b y una longitud
en la dirección axial igual a la dimensión 12. Una junta soldada 9
se representa con una profundidad equivalente al grosor
predeterminado 11. Una zona afectada por calor para dicha
profundidad de soldadura se ilustra e indica como 14a. Una línea de
puntos 14b representa dónde la profundidad de la soldadura puede
variar solamente hasta una profundidad adicional predeterminada 10.
El rebaje 7 se representa en la sección transversal.
Múltiples rebajes 7 dividen la envuelta
cilíndrica del rodillo de transferencia en varios elementos
cilíndricos 8. Cada elemento está unido en la periferia cilíndrica
por un grosor predeterminado de material 11 que se selecciona con
el fin de dar una rigidez mecánica predeterminada. El uso de unos
medios para reducir la rigidez entre los elementos cilíndricos hace
los elementos cilíndricos mecánicamente dependientes uno de otro en
grado conocido, constante y predeterminado, limitando así la
diafonía entre las secciones, dentro de los límites operativos del
rodillo de transferencia.
Mediante esto, la fuerza aplicada en un punto en
la superficie de un elemento cilíndrico del rodillo de transferencia
ejerce una fuerza limitada, pero predecible y calculable, en
cualquier otro elemento cilíndrico. Así la fuerza medida en el
punto de la superficie puede ser compensada exactamente con un grado
conocido y limitado de diafonía de una fuerza que actúa en otro
elemento cilíndrico.
En el método preferido de soldar elementos de
cilindro, la junta está diseñada además en sección transversal como
una forma de Z. La forma de Z de la soldadura permite una variación
de la profundidad de la soldadura de 11 a una profundidad de 10 sin
afectar al efectivo grosor predeterminado de la junta 11, y sin
afectar así la rigidez predeterminada. La forma de Z de la
soldadura también evita que material fundido fluya al interior del
cilindro. Un aspecto ventajoso adicional de este método es que uno o
más elementos de cilindro pueden ser tratados antes de unirlos
juntamente para mejorar las propiedades físicas del elemento. Por
ejemplo, uno o más elementos anulares se pueden preestirar
ventajosamente antes de la unión con el fin de mejorar el
comportamiento mecánico del elemento a efectos operativos y de
medición. Esto es beneficioso al disponer la envuelta cilíndrica
para aplicar una fuerza de preestiramiento deseada a sensores de
fuerza montados dentro del rodillo.
En la realización preferida del rodillo de
transferencia, uno o más sensores están colocados dentro de la
envuelta cilíndrica de forma similar a la técnica anterior. Los
sensores pueden estar colocados en uno o más elementos cilíndricos.
Se usan sensores magnetoelásticos del tipo Pressductor para dar una
medición exacta y fiable de una fuerza mecánica aplicada a la
envuelta del rodillo de transferencia.
La operación de un sensor magnetoelástico del
tipo Pressductor se basa en el hecho de que la permeabilidad
magnética de un material magnético cambia bajo esfuerzo mecánico.
Este tipo de sensor tiene un devanado primario y otro secundario
enrollados a través de los mismos dos agujeros en un material sensor
incluyendo una pila de lamelas de metal magnetoestrictivo. El
devanado primario está provisto de corriente alterna para
magnetización del material. El devanado secundario mide voltajes
que surgen debido a carga mecánica impuesta al el material
magnetoestrictivo del sensor. Se puede usar otro tipo de sensor
magnetoelástico para proporcionar mayor exactitud, tal como en la
fabricación de láminas de metal; el sensor incluye regiones de
material sensor con un devanado primario y otro secundario
enrollados por separado a través de cuatro agujeros en el material
sensor de tal manera que los dos devanados se crucen en ángulos
rectos.
Múltiples mediciones de los sensores en el
rodillo de transferencia proporcionan una medición de la
distribución de la fuerza medida en la envuelta del cilindro, y así
sobre o en el material en tira que se extiende sobre el rodillo de
transferencia. Tales mediciones se usan para calcular la tensión en
el material transferido, la tensión en el rodillo de transferencia.
Estas mediciones pueden ser usadas, a su vez, para calcular
propiedades dimensionales tales como la planeidad o el grosor u
otras propiedades de un material en tira.
En el mejor uso de la realización preferida se
usa una unidad de control para recoger las mediciones efectuadas
por los sensores. Tal unidad de control está equipada típicamente
con medios de almacenamiento y medios de cálculo. Se conecta
preferiblemente a una o varias bases de datos para el almacenamiento
de los valores medidos y los valores calculados de una o más
propiedades del material de tira plano o laminado. Así, el rodillo
de transferencia incluye un componente activo de un sistema de
medición para supervisar y/o regular una propiedad del material en
tira.
En otra realización de la invención, se usa un
método diferente para proporcionar un rodillo con una envuelta
cilíndrica que está dividida por dentro en elementos cilíndricos. El
método es hacer un corte cilíndrico en el interior de la envuelta
cilíndrica a una profundidad predeterminada usando un dispositivo o
herramienta de corte adecuado. De esta forma se puede prever un
rebaje de la profundidad correcta dejando los elementos cilíndricos
conectados conjuntamente por una región de material de la envuelta
cilíndrica que se ha reducido a un grosor predeterminado. El rebaje
puede tener cualquier sección transversal, por ejemplo,
semiesférica. El material se quitará de la envuelta cilíndrica por
corte, fusión, erosión por chispa u otros medios adecuados para
formar un rebaje cilíndrico sustancialmente completo entre dos
elementos cilíndricos.
En otra realización de la invención los medios
para la rigidez reducida son una región localizada en la que las
propiedades del material son diferentes del material circundante.
Esto se realiza cambiando la microestructura del material de modo
que la rigidez se reduzca en una región localizada. Esto se puede
realizar por ejemplo por tratamiento con calor localizado.
El sensor preferido para uso en la invención es,
como se ha indicado anteriormente, un sensor magnetoelástico que
depende de una propiedad magnetoestrictiva de un material magnético
para producir una señal en una bobina de medición en proporción a
una carga mecánica aplicada a dicho material. Sin embargo también es
posible llevar a la práctica la invención usando uno o más sensores
en base a otras técnicas de medición tales como, por ejemplo,
medidores de deformación, materiales piezoeléctricos.
Claims (20)
1. Un rodillo de transferencia (1) para
transportar una tira de material sustancialmente plano, rodillo de
transferencia que incluye una envuelta cilíndrica exterior (2),
incluyendo al menos dos elementos cilíndricos (8a, 8b) unidos
conjuntamente, una junta mecánica (9) une conjuntamente los
elementos cilíndricos (8a, 8b), caracterizado por el hecho
de que entre los dos elementos cilíndricos (8a, 8b) se ha dispuesto
unos medios para proporcionar una región de rigidez mecánica
predeterminada y reducida con relación a la rigidez del resto de la
envuelta cilíndrica (2), y porque dicha junta (9) es una
junta
soldada.
soldada.
2. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios para
reducir la rigidez mecánica son una región de la envuelta cilíndrica
incluyendo una reducción del grosor en sección transversal.
3. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 2,
caracterizado porque dichos medios para
reducir la rigidez mecánica incluyen dicha junta soldada (9) y los
elementos cilíndricos están unidos conjuntamente de tal manera que
la sección transversal del cilindro resultante se reduzca en grosor
en la junta con relación a la sección transversal del resto de la
envuelta cilíndrica.
4. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 3,
caracterizado porque la junta soldada (9)
entre los dos elementos cilíndricos está formada entre un paso (11)
de grosor reducido en el material de envuelta cilíndrica del extremo
sustancialmente circular de un elemento cilíndrico (8a) y un paso
cooperante subyacente en un extremo circular del otro elemento
cilíndrico (8b).
5. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 1,
caracterizado porque uno o más elementos
cilíndricos del rodillo de transferencia están en una condición
preestirada.
6. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios para
reducir la rigidez mecánica de la envuelta cilíndrica incluyen al
menos un rebaje (7) hecho en la superficie interior de la envuelta
cilíndrica (2) del rodillo de transferencia (1).
7. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 1,
caracterizado porque los medios para
reducir la rigidez mecánica de la envuelta cilíndrica incluyen al
menos una región cilíndrica en el material de la envuelta
cilíndrica (2) del rodillo de transferencia (1) en el que la
microestructura del material ha sido
alterada.
alterada.
8. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 1,
caracterizado porque uno o más sensores
capaces de medir una fuerza mecánica están dispuestos junto a la
superficie interior de la envuelta cilíndrica en uno o varios
elementos cilíndricos incluyendo dicho rodillo de transferencia.
9. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 8,
caracterizado porque el uno o más
sensores de fuerza son un sensor magnetoelástico.
10. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 8,
caracterizado porque el uno o más
sensores de fuerza incluyen un medidor de deformación.
11. Un rodillo de transferencia según la
reivindicación 8,
caracterizado porque el uno o más
sensores de fuerza incluyen un sensor piezoeléctrico.
12. Un rodillo de transferencia según cualquiera
de las reivindicaciones 1-11, caracterizado
porque la superficie cilíndrica exterior del rodillo de
transferencia es plana y nivelada.
13. El uso de un rodillo de transferencia según
cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para medir
una propiedad de una tira (1) de material plano o laminado.
14. El uso de un rodillo de transferencia según
cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para medir
una fuerza ejercida por dicho rodillo de transferencia contra una
tira (1).
15. El uso de un rodillo de transferencia según
cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para medir
la planeidad de una tira (1).
16. Un método de proporcionar un rodillo de
transferencia (1) para transportar una tira de material
sustancialmente plano, donde al menos dos o más elementos
cilíndricos (8a, 8b) están unidos conjuntamente,
caracterizado por el paso de
soldar conjuntamente dichos dos o más elementos
cilíndricos produciendo una junta soldada (9) entre los extremos
sustancialmente circulares de dichos dos o más elementos
cilíndricos, entre los que se ha dispuesto unos medios para
proporcionar una región de rigidez mecánica predeterminada y
reducida con relación a la rigidez del resto de la envuelta
cilíndrica (2).
17. Un método de proporcionar un rodillo de
transferencia según la reivindicación 16,
caracterizado porque dichos dos o más
elementos cilíndricos están unidos por un grosor parcial (11)
solamente de la sección transversal de la envuelta cilíndrica
adyacente a la junta.
18. Un método de proporcionar un rodillo de
transferencia según la reivindicación 16,
caracterizado por el paso adicional de
preestirar un elemento cilíndrico antes de unirlo a uno o más
elementos cilíndricos.
19. Un método de proporcionar un rodillo de
transferencia según la reivindicación 17,
caracterizado por
alisar la superficie exterior del cilindro de
modo que la envuelta cilíndrica incluyendo las juntas entre
elementos cilíndricos sea plana y nivelada en el exterior del
rodillo de transferencia.
20. Un método de proporcionar un rodillo de
transferencia según la reivindicación 16,
caracterizado por
quitar material de la superficie interior de la
envuelta cilíndrica entre dos elementos cilíndricos formando así
uno o más rebajes en la envuelta cilíndrica (2) del rodillo de
transferencia.
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