IT201900011703A1 - Macchina per la produzione di cartone - Google Patents

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Description

TITOLO: MACCHINA PER LA PRODUZIONE DI CARTONE
Descrizione
La presente invenzione si riferisce ad una macchina per la produzione di cartone multistrato o carta, oppure una macchina per la stampa o una macchina nel settore del converting, partendo da una bobina di carta o altro materiale. In generale, l’invenzione può essere applicata a macchine in cui viene svolta una bobina di vari materiali e che necessiti di un sistema di contrasto per regolare la tensionatura del nastro. In particolare l’invenzione riguarda un sistema di frenatura di detta bobina.
A titolo di esempio, le macchine per la produzione di cartoni multistrato, ad esempio cartone ondulato, comprendono tipicamente dei sistemi di svolgimento di carta da apposite bobine, dei sistemi di ondulatura dello strato intermedio e dei sistemi di accoppiamento ed incollaggio dei vari strati.
Le bobine di carta utilizzate per i vari strati sono normalmente di grandi dimensioni ed hanno quindi un peso elevato. Per evitare lo svolgimento non controllato di carta da tali bobine e per regolarne correttamente il tensionamento, sono quindi previsti dei sistemi di frenatura che possono essere sia meccanici (ad esempio, freni a pinza) che pneumatici oppure del tipo freno-motore oppure freni elettromagnetici a polvere.
Il freno meccanico ha lo svantaggio di trasformare l’energia cinetica, attraverso l’attrito, in energia termica, che viene persa per dissipazione nell’ambiente esterno.
Il freno-motore ha invece lo svantaggio di essere di dimensione elevata, costoso e, nelle fasi di lancio e riavvolgimento, ad alto consumo energetico, caratteristiche necessarie per poter svolgere un’adeguata azione frenante nei confronti di una bobina di carta di grandi dimensioni.
Il problema alla base della presente invenzione è quindi quello di mettere a disposizione un sistema di frenatura che riduca il consumo energetico e la dispersione di energia nell’ambiente, che sia di dimensioni ridotte e che sia integrabile in macchine per lo svolgimento di bobine già installate.
Tale problema è risolto da un sistema di frenatura di bobine come definito nelle annesse rivendicazioni, le cui definizioni formano parte integrante della presente descrizione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcuni esempi di realizzazione, fatta qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure:
Figura 1 rappresenta una vista schematica dall’alto dell’organo di supporto di una bobina munito del sistema frenante secondo l’invenzione;
Figura 2 rappresenta una sezione verticale di un particolare dell’organo di supporto di figura 1 che mostra il sistema frenante dell’invenzione.
In figura 1 è mostrato un organo di supporto 1 di una bobina B di carta su cui è installato il sistema frenante 2 dell’invenzione.
L’organo di supporto 1, nell’esempio mostrato nelle figure, è parte di una macchina (non mostrata) per la produzione di cartone, in particolare per la produzione di cartone ondulato, che comprenderà a valle dell’organo di supporto 1 un sistema di accoppiamento di più strati di carta e un sistema di traino per lo svolgimento della carta dalla bobina B. La bobina B, trascinata in rotazione da detto sistema di traino durante la fase di produzione, eroga quindi una coppia motrice che deve essere regolata tramite il contrasto con il sistema frenante 2 in modo da garantire il tensionamento della carta necessario per un corretto srotolamento della stessa.
L’organo di supporto 1, comunemente chiamato “rollstand”, comprende una struttura a C 3 avente due bracci 4 ed una barra di collegamento 5. Le estremità distali 4a dei bracci 4 supportano rispettivi alberi 6 che sostengono in rotazione la bobina B alle sue due estremità prossimali 6a. Alle estremità distali 6b degli alberi 6 è invece montato il sistema frenante 2, ad esempio mediante calettatura.
Come mostrato in figura 2, il sistema frenante 2 è ad esempio accoppiato all’organo di supporto 1 mediante una flangia di accoppiamento 7.
Il sistema frenante 2 dell’invenzione comprende un dispositivo motore-generatore 8 ed un dispositivo di freno meccanico 9, disposti coassialmente. Preferibilmente, il dispositivo di freno meccanico 9 è montato e quindi agisce sullo stesso albero 10 del dispositivo motore-generatore 8.
L’estremità distale 6b dell’albero 6 protrude all’esterno dell’estremità distale 4a del rispettivo braccio 4 e viene fissata coassialmente all’interno dell’albero 10 del dispositivo motore-generatore 8.
Il dispositivo motore-generatore 8 è un motore elettrico che, tramite l’interfaccia con un inverter, può, a seconda dei casi (come verrà meglio descritto nel seguito) erogare una coppia motrice o una coppia resistente, producendo in quest’ultimo caso energia elettrica.
Il dispositivo motore-generatore 8 è sottodimensionato rispetto alle esigenze di frenatura dello svolgimento della bobina B, soprattutto quando quest’ultima è all’inizio dello svolgimento e quindi ha un’elevata massa inerziale. Questo permette di limitare la dimensione ed il costo del dispositivo motore-generatore 8 rispetto ai sistemi frenanti noti che utilizzano solo un sistema frenante a motore.
Il dispositivo di freno meccanico 9 è preferibilmente un freno a disco, singolo o multidisco (in figura è mostrato un doppio disco), preferibilmente di tipo pneumatico.
Per ragioni di sicurezza, il dispositivo di freno meccanico 9 è dimensionato per una completa frenatura dello svolgimento della bobina B, in modo da poter intervenire anche in caso di freno d’emergenza. Tuttavia, in condizioni operative normali, esso viene operato ripartendo la coppia frenante tra di esso ed il dispositivo motoregeneratore 8. In questo modo, si ottiene un parziale recupero di energia sotto forma di energia elettrica, a differenze dei sistemi frenanti noti che utilizzano solo un freno meccanico ed in cui la totalità dell’energia derivante dall’attrito viene rilasciata all’ambiente sotto forma di energia termica.
Come mostrato in figura 1, il sistema frenante 2 dell’invenzione comprende un’unità di comando e controllo 11 ed un’interfaccia utente 12 per la visualizzazione dei parametri di funzionamento.
Tipicamente, una macchina per la produzione di cartone comprende due organi di supporto 1 che agiscono in modo alternato e che vengono predisposti per evitare un fermo macchina quando una bobina B è in esaurimento e dev’essere sostituita con una nuova bobina B. La predisposizione di due organi di supporto 1 con le relative bobine B permette invece una rapida giunzione del nastro di carta in lavorazione con una nuova bobina B quando la bobina B sull’altro organo di supporto 1 è quasi esaurita.
Il procedimento di produzione di cartone comprende quindi le seguenti fasi:
- avviamento della macchina;
- fase produttiva a velocità e tensionamento controllati;
- sostituzione di una bobina B quasi esaurita con una nuova bobina B.
Come detto in precedenza, il dispositivo motoregeneratore 8 può agire sia come motore, erogando cioè una coppia motrice, sia come generatore, erogando cioè una coppia frenante. In particolare, il dispositivo motore-generatore 8 agisce come motore nella fase di avviamento (detta fase di lancio bobina), in congiunzione con il sistema di traino così da vincere la resistenza dovuta alla massa inerziale della bobina B, e nella fase di sostituzione della bobina, in modo da riavvolgere il nastro di carta residuo dopo il taglio e la giunzione della nuova bobina B. Viceversa, il dispositivo motore-generatore 8 opera come generatore durante la normale fase produttiva della macchina.
L’unità di comando e controllo 11 è quindi configurata per comandare l’azionamento di quattro sistemi frenanti 2, cioè due sistemi frenanti 2 per ognuno dei due organi di supporto 1, e per inviare alla rete elettrica E l’energia elettrica prodotta dal dispositivo motore-generatore 8 durante la fase operativa. Preferibilmente, l’unità di comando e controllo 11 comprende quattro schede elettroniche 11a per il comando dell’azione frenante ed una scheda elettronica 11b per la gestione dell’invio alla rete elettrica E dell’energia elettrica prodotta.
In altre forme di realizzazione, ogni bobina comprenderà un solo sistema frenante 2, per cui l’unità di comando e controllo 11 comprenderà solo due schede elettroniche 11a per il controllo dell’azione frenante.
In particolare, l’unità di comando e controllo 11 è configurata per svolgere le seguenti operazioni:
i) ricezione dei valori dei parametri macchina di velocità di linea, tensione della carta, diametro della bobina B e numero di giri della bobina B;
ii) confronto di detti valori dei parametri macchina con valori preimpostati;
iii) calcolo della coppia frenante CL del sistema frenante 2 da erogare;
iv) calcolo della ripartizione della coppia frenante CL tra la coppia frenante CM del dispositivo motore-generatore 8 e la coppia frenante CF del dispositivo di freno meccanico 9;
v) comando del dispositivo motore-generatore 8 e del dispositivo di freno meccanico 9 sulla base del calcolo del passaggio iv) per l’erogazione delle coppie frenanti CM e CF calcolate;
vi) gestione tramite interfaccia con un inverter dell’energia elettrica prodotta dal dispositivo motore-generatore 8 ed invio di detta energia elettrica alla rete elettrica E.
Il passaggio i) viene operato tramite opportuni sensori della macchina, ad esempio un sensore a fotocellula per monitorare il diametro della bobina B. Il dispositivo motore-generatore 8 è inoltre dotato di “resolver” o “encoder” per la lettura del numero di giri dell’albero 10. La forza di trazione della linea è rilevata mediante un ballerino o mediante celle di carico.
Il passaggio iv) viene condotto nel seguente modo:
a) quando CL > CM-MAX, in cui CM-MAX è la massima coppia frenante erogabile dal dispositivo motore-generatore 8, CL è data dalla somma CM-MAX CF;
b) quando CL < CM-MAX, CL è data dalla somma di CM CF, in cui CF = mCL e CM = nCL, in cui m = 1 – n ed n è compreso tra 0,9 e 0,99 e preferibilmente è circa 0,95;
c) in caso di frenata di emergenza, CL = CM-MAX CF-MAX, in cui CF-MAX è la massima coppia frenante erogabile dal dispositivo di freno meccanico 9.
Una tale sequenza operativa permette di ottimizzare il recupero di energia da inviare alla rete elettrica E, mantenendo il più possibile elevata la coppia frenante erogata dal dispositivo motoregeneratore 8. Infatti, quando la coppia frenante richiesta CL è maggiore di CM-MAX la differenza sarà data dal dispositivo di fremo meccanico 9. Viceversa, quando CL è minore di CM-MAX, situazione che si verifica tipicamente quando la bobina B è in esaurimento – per cui la sua massa inerziale diminuisce notevolmente – o quando la bobina B stessa è avvolta di carta leggera, è necessario mantenere attivato il dispositivo di freno meccanico 8 per poter disporre di brevi tempi di reazione in caso di frenata di emergenza e per assicurare una gestione dell’erogazione della coppia frenante tramite azione di feedback. Pertanto, il dispositivo di freno meccanico 9 contribuirà per una percentuale compresa tra 1% e 10% alla coppia frenante CL richiesta.
Quando il dispositivo di freno meccanico 9 è un freno a disco pneumatico, il passaggio v) di comando del dispositivo di freno meccanico 8 viene condotto regolando la pressione dell’aria del freno a disco pneumatico mediante un trasduttore di segnale elettrico in pressione pneumatica.
Il sistema frenante 2 dell’invenzione raggiunge quindi gli scopi prefissati.
Tale sistema frenante è infatti integrabile anche in macchine già in uso ed aventi un freno pneumatico, semplicemente sostituendo questi ultimi con il sistema frenante 2, oppure, nel caso di sostituzione di un freno motore o di un freno magnetico, fornendo un’alimentazione di aria in pressione.
Il sistema frenante dell’invenzione è di dimensioni ridotte e di costo contenuto, grazie anche al fatto che l’uso contemporaneo di un freno meccanico non necessita di un motore-generatore di elevata potenza.
Il sistema frenante 2 inoltre permette un recupero, seppur parziale (cioè relativo solo alla quota di coppia frenante erogata dal dispositivo motore generatore 9), di energia elettrica.
E’ evidente che sono state descritte solo alcune forme particolari di realizzazione della presente invenzione, cui l’esperto dell’arte sarà in grado di apportare tutte quelle modifiche necessarie per il suo adattamento a particolari applicazioni, senza peraltro discostarsi dall’ambito di protezione della presente invenzione.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema frenante (2) per un organo di supporto (1) di una bobina (B), ad esempio una bobina di carta in una macchina per la produzione di cartone o cartone ondulato, in cui detto sistema frenante (2) comprende un dispositivo motore-generatore (8) ed un dispositivo di freno meccanico (9) disposti coassialmente.
  2. 2. Sistema frenante (2) secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di freno meccanico (9) è montato sullo stesso albero (10) del dispositivo motore-generatore (8).
  3. 3. Sistema frenante (2) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo motore-generatore (8) è un motore elettrico che, tramite l’interfaccia con un inverter, è configurato per erogare una coppia motrice o una coppia resistente, producendo in quest’ultimo caso energia elettrica.
  4. 4. Sistema frenante (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il dispositivo di freno meccanico (9) è un freno a disco, singolo o multidisco, preferibilmente di tipo pneumatico.
  5. 5. Sistema frenante (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente un’unità di comando e controllo (11) configurata per svolgere le seguenti operazioni: i) ricezione dei valori di parametri macchina di velocità di linea, tensione della carta, diametro della bobina (B) e numero di giri della bobina (B); ii) confronto di detti valori dei parametri macchina con valori preimpostati; iii) calcolo della coppia frenante CL del sistema frenante (2) da erogare; iv) calcolo della ripartizione della coppia frenante CL tra la coppia frenante CM del dispositivo motore-generatore (8) e la coppia frenante CF del dispositivo di freno meccanico (9); v) comando del dispositivo motore-generatore (8) e del dispositivo di freno meccanico (9) sulla base del calcolo del passaggio iv) per l’erogazione delle coppie frenanti CM e CF calcolate; vi) gestione tramite interfaccia con un inverter dell’energia elettrica prodotta dal dispositivo motore-generatore (8) ed invio di detta energia elettrica ad una rete elettrica (E).
  6. 6. Sistema frenante (2) secondo la rivendicazione 5, in cui il passaggio i) viene operato tramite opportuni sensori della macchina per la produzione di cartone o cartone ondulato, tra cui un sensore a fotocellula per monitorare il diametro della bobina (B), un “resolver” o “encoder” del dispositivo motore-generatore (8) per la lettura del numero di giri dell’albero (10), un ballerino o celle di carico per la rilevazione della forza di trazione della carta in svolgimento dalla bobina (B).
  7. 7. Sistema frenante (2) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il passaggio iv) viene condotto nel seguente modo: a) quando CL > CM-MAX, in cui CM-MAX è la massima coppia frenante erogabile dal dispositivo motore-generatore (8), CL è data dalla somma CM-MAX CF; b) quando CL < CM-MAX, CL è data dalla somma di CM CF, in cui CF = mCL e CM = nCL, in cui m = 1 – n ed n è compreso tra 0,9 e 0,99 e preferibilmente è circa 0,95; c) in caso di frenata di emergenza, CL = CM-MAX CF-MAX, in cui CF-MAX è la massima coppia frenante erogabile dal dispositivo di freno meccanico (9).
  8. 8. Sistema frenante (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui, quando il dispositivo di freno meccanico (9) è un freno a disco pneumatico, il passaggio v) di comando del dispositivo di freno meccanico (9) viene condotto regolando la pressione dell’aria del freno a disco pneumatico mediante un trasduttore di segnale elettrico in pressione pneumatica.
  9. 9. Macchina per la produzione di cartone o cartone ondulato, per la stampa o per il converting, comprendente almeno uno, preferibilmente due organi di supporto (1) di una bobina (B) di carta o altro materiale, in cui ognuno di detti organi di supporto (1) comprende una struttura a C (3) avente due bracci (4) ed una barra di collegamento (5), in cui le estremità distali (4a) dei bracci (4) supportano rispettivi alberi (6) che sostengono in rotazione la bobina (B) alle sue due estremità prossimali (6a), alle estremità distali (6b) degli alberi (6) essendo montato il sistema frenante (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8.
  10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 9, in cui l’estremità distale (6b) dell’albero (6) protrude all’esterno dell’estremità distale (4a) del rispettivo braccio (4) ed è fissata coassialmente all’interno dell’albero (10) del dispositivo motoregeneratore (8).
  11. 11. Macchina secondo la rivendicazione 9 o 10, comprendente due organi di supporto 81), in cui l’unità di comando e controllo (11) è configurata per comandare l’azionamento di quattro sistemi frenanti (2), cioè due sistemi frenanti (2) per ognuno dei due organi di supporto (1), e per inviare alla rete elettrica (E) l’energia elettrica prodotta dal dispositivo motore-generatore (8) durante la fase operativa.
  12. 12. Procedimento di produzione di cartone o cartone ondulato, di stampa o di converting, comprendente le fasi di: - mettere a disposizione una macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11; - avviamento della macchina; - fase produttiva a velocità di svolgimento e tensionamento di carta o altro materiale controllati; - sostituzione di una bobina (B) quasi esaurita con una nuova bobina (B), in cui il dispositivo motore-generatore (8) agisce come motore nella fase di avviamento e nella fase di sostituzione della bobina (B) e come generatore nella fase produttiva.
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