IT202000023854A1 - Albero espansibile a listelli con bassa inerzia e relativo processo di fabbricazione - Google Patents

Description

ALBERO ESPANSIBILE A LISTELLI CON BASSA INERZIA E RELATIVO PRO-CESSO DI FABBRICAZIONE

DESCRIZIONE

CAMPO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un albero espansibile a listelli con bassa inerzia e, in particolare, ad un albero espansibile in cui il corpo centrale dell?albero ? interamente costituito da materiali compositi a base di fibre di carbonio. L?invenzione riguarda in particolare anche il processo di fabbricazione di tale albero espansibile.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Gli alberi espansibili a listelli sono un componente meccanico di largo impiego in molteplici settori industriali, ogni qualvolta vi sia la necessit? di avvolgere o svolgere una bobina di pellicola di qualsivoglia materiale, quali, ad es., materiale plastico, tessuto, carta, tessuto non tessuto o in genere altri materiali in foglio, ed eventualmente pellicole accoppiate di materiali diversi.

L?elevata diffusione della soluzione costruttiva a listelli rispetto ad altre (ad es. la soluzione a chiavette) dipende dall?ampia versatilit? di impiego di tale soluzione, soprattutto nei settori industriali della trasformazione (converting), della stampa, della produzione della carta e dei tessuti non tessuti, ad esempio in macchinari come bobinatrici o per stampa. In particolare l?albero a listelli - considerato che i listelli si estendono per tutta la lunghezza dell?albero - consente di trattare bobine di svariate altezze e anche bobine tagliate a larghezze variabili, a seconda delle specifiche richieste, offrendo sempre una presa molto stabile e sicura delle bobine.

Inoltre negli alberi a listelli ? possibile prevedere due serie di cave di alloggiamento dei listelli, aventi profondit? differenziata, cos? che una prima serie di listelli, a corsa ridotta, determinano solo un primo contatto di centraggio con l?anima interna della bobina, mentre una seconda serie di listelli, a corsa completa, vengono azionati in un secondo tempo per realizzare il bloccaggio completo della bobina che, in questa fase, ? gi? stata centrata assialmente dall?azione della prima serie di listelli. Questa configurazione dell?albero a listelli consente dunque di realizzare un veloce autocentraggio in avvolgimento delle bobine, soprattutto nel caso di una molteplicit? di bobine tagliate a misura. Un albero espansibile autocentrante ? un requisito funzionale essenziale nei macchinari dei settori sopra citati e la soluzione dell?albero a listelli ? quella che ne garantisce il miglior soddisfacimento.

Originariamente, gli alberi espansibili a listelli sono stati realizzati completamente in materiali metallici, quali in particolare acciaio o leghe di alluminio. Tuttavia, negli ultimi anni i costruttori di macchinari hanno iniziato a richiedere soluzioni tecnologiche alternative che garantissero una notevole riduzione di massa degli alberi espansibili, pur conservando una rigidit? a flessione comparabile a quella degli alberi in acciaio, allo scopo di poter aumentare in maniera importante le velocit? di funzionamento, grazie all?incremento della velocit? critica dell?albero permesso dalla sua minore massa e quindi inerzia. Tali soluzioni tecnologiche alternative si sono fin da subito indirizzate verso l?impiego di materiali compositi a base di resine e fibra di carbonio come una possibile concreta soluzione alla problematiche sopra esposte.

Un?altra importante esigenza che ha spinto la richiesta di alberi espansibili pi? leggeri ? poi quella di agevolarne la movimentazione e ridurre il numero di operatori necessari per lo spostamento degli alberi durante le operazioni di carico e scarico a fine lavoro - fase che ? ancora svolta in modo manuale in alcuni macchinari e stabilimenti - in funzione della direttiva macchine CE sul massimo carico sollevabile da un singolo operatore (25 Kg).

L?impiego di materiale composito a base di fibre di carbonio per la costruzione di alberi espansibili ? gi? in effetti in uso per alcune tipologie di alberi di piccolo diametro, tipicamente alberi con diametro standardizzato di 76,2 mm (3?), sia nella versione a chiavette che nella versione a listelli. I materiali compositi, a seconda dei costruttori, vengono adottati come soluzione integrale per la costruzione del corpo centrale portante dell?albero, oppure come soluzione ibrida, in accoppiamento a parti metalliche, sotto forma di inserti di irrigidimento o di un tubo in materiale composito incollato a un tubo coassiale di acciaio a basso spessore.

Gli attuali alberi espansibili in fibra di carbonio da 3? sono realizzati con le note tecnologie di costruzione dei materiali compositi. Alcuni costruttori prediligono l?utilizzo della tecnologia ?filament winding? (in particolare per gli alberi a chiavette), mentre altri costruttori utilizzano la tecnologia ?wrapping? (sia per alberi a chiavette che a listelli) mediante l?impiego di tessuti di fibra di carbonio preimpregnati con resine termoindurenti. In entrambi i casi l?albero grezzo cos? ottenuto deve essere successivamente sottoposto a lavorazione meccanica, per esempio per fresatura, per ottenere la particolare forma finale dell?albero che prevede una serie di cave longitudinali simmetricamente disposte sulla periferia esterna dell?albero per l?alloggiamento dei listelli, oppure una serie di asole distanziate per l?alloggiamento delle chiavette. Altri costruttori realizzano questi manufatti mediante la tecnologia a pultrusione ? che richiede necessariamente una sezione trasversale costante del manufatto e quindi pu? essere utilizzata unicamente per la costruzione di alberi a listelli ? ottenendo cos? direttamente, senza la esecuzione di lavorazioni meccaniche, un albero avente la sezione finale desiderate.

Tutte le soluzioni note sopra descritte comportano tuttavia alcuni inconvenienti, connessi direttamente al processo di fabbricazione utilizzato, che talora ne possono limitare l?utilizzo.

Nel processo di costruzione mediante ?filament winding? o ?wrapping? un primo inconveniente consiste proprio nella stessa operazione di fresatura, necessaria per realizzare le asole di alloggiamento delle chiavette oppure le cave longitudinali di alloggiamento dei listelli, operazione che va infatti a indebolire la struttura del materiale composito sia in termini di rigidit?, dal momento che viene interrotta la continuit? delle fibre di carbonio, che di resistenza strutturale, dal momento che nell?uso si determinano picchi di sforzo in corrispondenza delle zone di intaglio. Questo inconveniente determina quindi una limitazione nel carico di bobine che pu? essere montato sull?albero per poter garantire condizioni di sicurezza adeguate. L?operazione di fresatura comporta inoltre un secondo inconveniente, a causa dei costi di fabbricazione pi? elevati determinati sia dai tempi di lavorazione pi? lunghi che dall?usura degli utensili di fresatura costosi.

Nel processo di costruzione mediante la tecnologia a pultrusione, l?inconveniente ? strettamente legato alla caratteristica intrinseca di questo processo e cio? al fatto che le fibre di carbonio sono tutte disposte in modo unidirezionale, parallelamente all?asse dell?albero. Gli alberi a listelli costruiti con questa tecnologia presentano dunque una resistenza estremamente ridotta in direzione trasversale e radiale nonch? agli sforzi di torsione, cos? che l?impiego di questi alberi ? limitato a condizioni di bassi carichi di lavoro.

Per superare le suddette limitazioni il mercato ha proposto altre soluzioni costruttive ?ibride? in cui il corpo dell?albero viene irrigidito con inserti metallici, senza tuttavia riuscire a fornire un compromesso soddisfacente tra peso e rigidit? dell?albero. Ci? nonostante, queste tipologie di alberi in materiali compositi integrali o ibride hanno incontrato una certa diffusione sul mercato gi? da alcuni anni, tuttavia esclusivamente per gli alberi del diametro standard pi? piccolo da 3? che sono destinati, proprio a causa delle loro dimensioni contenute, a sopportare carichi ridotti.

Vi ? tuttavia una forte richiesta degli utilizzatori anche e soprattutto per alberi alleggeriti della dimensione pi? elevate e in particolar modo per la misura standard con diametro di 152,4 mm (6?), che ? quella di pi? vasto impiego rispetto ad alberi con diametri pi? elevati. In questo caso per?, nonostante il forte interesse mostrato dal mercato, ? stata offerta dai produttori solamente una soluzione alleggerita convenzionale per alberi a chiavette da 6? che viene fabbricata con la tecnologia sopra descritta per gli alberi da 3? di ?filament winding? o ?wrapping?, seguita dall?operazione di fresatura delle asole di alloggiamento delle chiavette.

Come gi? sopra accennato gli alberi a chiavette presentano tuttavia prestazioni inferiori rispetto agli alberi a listelli; soprattutto non riescono a soddisfare il requisito di un riavvolgimento regolare di bobine tagliate ad una larghezza ridotta ed inoltre di perfetto autocentraggio di dette bobine, come richiesto dagli utilizzatori. Inoltre per gli alberi da 6? le lavorazioni di fresatura per realizzare le asole di alloggiamento delle chiavette sono molto pi? numerose e quindi comportano un costo aggiuntivo di costruzione elevato rispetto alla versione da 3?.

Per la versione degli alberi a listelli da 6?, che ? quella maggiormente richiesta dal mercato, ad oggi vengono dunque esclusivamente impiegate soluzioni con materiali metallici o tutt?al pi? ibride, principalmente costruite con la tecnologia dell?estrusione. Questa tecnologia consente infatti di realizzare sezioni trasversali dell?albero che presentano numerose finestre di alleggerimento cos? da ottimizzare la massa dell?albero e quindi il suo comportamento inerziale durante la rotazione ad alta velocit?. Ci? nonostante, l?elevata densit? degli acciai da una parte e la bassa rigidezza specifica delle leghe leggere dall?altra parte ne limitano fortemente le prestazioni in termini di peso e, soprattutto, di velocit? di rotazione quando gli alberi presentano elevate lunghezze (nei settori cartario e di produzione di tessuto non tessuto si utilizzano alberi anche di lunghezza fino a 6 metri).

Per i diversi motivi sopra evidenziati, non si ha dunque oggi in effetti alcuna evidenza nel mercato di alberi a listelli da 6? aventi il corpo centrale portante realizzato interamente in materiali compositi. In particolare:

- nel caso della tecnica di costruzione con ?filament winding? o ?wrapping?, con successiva lavorazione delle cave, la sezione di albero risultante sarebbe priva di parti di alleggerimento interne e non risulterebbe quindi concorrenziale, dal punto di vista dei requisiti inerziali, rispetto alle versioni metalliche estruse con alleggerimenti;

- nel caso della tecnica di costruzione mediante pultrusione, bench? teoricamente potrebbe essere ottenuta una sezione simile all?estruso metallico con alleggerimenti e quindi concorrenziale in termini di peso, considerati gli elevati ingombri di una struttura cilindrica da 6? la costruzione risulterebbe di fortissima complessit? realizzativa e presenterebbe un elevato rischio di inconvenienti nella produzione. Inoltre, come gi? precedentemente evidenziato, la tecnologia a pultrusione non pu? soddisfare ? a causa del parallelismo delle fibre di carbonio - le richieste di rigidezza e resistenza in direzione trasversale e a torsione, pregiudicandone l?utilizzo con carichi elevati, condizione invece assolutamente imprescindibile nell?impiego di alberi espansibili da 6?.

Il problema affrontato dalla presente invenzione ? dunque quello di mettere a punto un nuovo albero a listelli di diametro maggiore od uguale a 6? il cui corpo centrale sia interamente costruito con materiali compositi e un relativo processo di fabbricazione che risulti esente dagli inconvenienti sopra descritti che sono intrinseci ai processi di fabbricazione noti.

Nell?ambito di questo problema, un primo scopo dell?invenzione ? di provvedere un corpo centrale per albero espansibile a listelli in materiali compositi che presenti ampie finestre di alleggerimento.

Un secondo scopo dell?invenzione ? di fornire un corpo centrale per albero espansibile a listelli in materiali compositi che presenti elevata resistenza sia in direzione longitudinale che trasversale che a torsione.

Un terzo scopo dell?invenzione ? di fornire un processo per la fabbricazione di un corpo centrale interamente in materiali compositi per alberi espansibile a listelli, che risulti di pratica applicazione e che non richieda ulteriori lavorazioni meccaniche a valle della fase di disposizione e polimerizzazione dei materiali compositi.

DESCRIZIONE SOMMARIA DELL?INVENZIONE

Questo problema viene risolto e questi scopi vengono raggiunti mediante un albero espansibile a listelli avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1 e mediante un processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 11. Altre preferite caratteristiche del suddetto albero espansibile a listelli e del relativo processo di fabbricazione vengono definite nelle rivendicazioni secondarie.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?albero estensibile a listelli e del relativo processo di fabbricazione secondo la presente invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita della stessa, fornita a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 ? una vista prospettica di insieme dell?albero espansibile a listelli secondo la presente invenzione;

fig. 2 ? una vista in sezione trasversale ingrandita dell?albero espansibile di fig. 1;

fig. 3 ? una vista prospettica di un?estremit? del tubo interno del corpo centrale dell?albero espansibile di fig. 1;

fig. 4 ? una vista prospettica che illustra una parte del tubo interno di fig. 3 sul quale sono posizionati pi? profili cavi adiacenti a sviluppo longitudinale, che formano la superficie dell?albero espansibile e delimitano cave di alloggiamento dei listelli mobili;

fig. 5 ? una vista prospettica della superficie interna dei soli profili cavi, con il tubo interno che li supporta non illustrato per chiarezza;

fig. 6 ? una vista prospettica di una testata del corpo centrale dell?albero espansibile di fig. 1;

fig. 7 ? una vista prospettica della parte interna della testata di fig.

6;

fig. 8 ? una vista in sezione di un?estremit? dell?albero espansibile di fig. 1 che illustra la testata di fig. 6 e un supporto di estremit? dell?albero; fig. 9 ? una vista prospettica ingrandita di una porzione di fig. 6, che illustra le camere d?aria e i listelli mobili alloggiati nelle rispettive cave;

fig. 10 ? un particolare ingrandito di un piolo di alimentazione di aria compressa all?interno di una camera d?aria; e

fig. 11 ? una vista prospettica analoga a fig. 9, in cui ? illustrato un disco anulare di chiusura frontale delle cave di alloggiamento delle camere d?aria e dei listelli .

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PREFERITA FORMA DI ESECUZIONE

Secondo la presente invenzione, al fine di risolvere il problema sopra evidenziato con una soluzione costruttivamente semplice e di immediata applicazione, il corpo centrale dell?albero estensibile a listelli ? realizzato interamente in materiale composito a base di fibre di carbonio con un processo di fabbricazione che prevede un particolare utilizzo, combinato e progressivo (multifase), delle diverse tecnologie note per la lavorazione dei materiali compositi al fine di realizzare la costruzione di una porzione tubolare interna e di pi? porzioni longitudinali esterne a sezione costante in grado di riprodurre la desiderata superficie cilindrica dell?albero estensibile e quindi il reciproco assiemaggio e infine la co-polimerizzazione di tali porzioni per ottenere il desiderato manufatto finito.

In conformit? agli scopi dell?invenzione, l?obiettivo degli inventori ? stato infatti quello di ottenere un manufatto avente un profilo a sezione costante di forma complessa comprendente ampie finestre di alleggerimento, e dotato di elevata resistenza meccanica sia in direzione longitudinale che trasversale e a torsione, manufatto che, come sopra si ? ampiamente discusso, non ? possibile realizzabile con una costruzione convenzionale secondo una qualsiasi delle diverse tecnologie note.

Corpo centrale dell?albero estensibile a listelli

In particolare, il corpo centrale dell?albero espansibile a listelli della presente invenzione comprende una prima porzione tubolare costituita da un tubo interno 1 e da una pluralit? di porzioni longitudinali costituite da profili cavi 3 disposti esternamente al tubo interno 1 in modo da ricoprirne interamente la superficie esterna con le loro basi 4 reciprocamente adiacenti. I profili cavi 3 presentano una sezione tale da formare, tra ogni coppia di profili cavi 3 adiacenti, cave 5 per l?alloggiamento dei listelli. In una forma di esecuzione preferita la parete esterna dei profili cavi 3 ha spessori diversi sui due lati, cos? da determinare cave 5 di differente altezza per l?alloggiamento, rispettivamente, di listelli di centraggio bobine nelle cave 5b di altezza minore e di listelli di bloccaggio bobine nelle cave 5a di altezza maggiore.

Il tubo interno 1 viene fabbricato preferibilmente con la tecnologia ?filament winding? o, alternativamente, con la tecnologia ?wrapping?. A costruzione effettuata, sulla superficie esterna del tubo interno 1 vengono ricavate per lavorazione meccanica di fresatura una serie di scanalature longitudinali 2 per il corretto centraggio dei profili cavi 3. Grazie alla tecnologia di costruzione adottata, il tubo interno 1 ha una disposizione delle fibre di carbonio in varie orientazioni reciprocamente inclinate e incrociate per soddisfare i requisiti di resistenza e rigidezza sia in direzione longitudinale e trasversale e inoltre alla torsione.

I profili cavi 3 vengono invece singolarmente fabbricati con la tecnologia a pultrusione, che prevede tipicamente che le fibre di carbonio siano disposte parallelamente alla direzione assiale dell?albero estensibile. I profili cavi 3 presentano appunto un?ampia cavit? interna per conferire la desiderata leggerezza al prodotto finito. Inoltre sul lato inferiore della base 4 dei profili cavi 3 ? prevista una nervatura longitudinale 6 destinata ad accoppiarsi ad una corrispondente scanalatura longitudinale 2 di centraggio formata sulla superficie esterna del tubo interno 1.

Preferibilmente, gi? in sede di fabbricazione le superfici inferiore e superiore dei profili cavi 3 vengono irruvidite, per esempio tramite l?accoppiamento al fascio di fibre di carbonio unidirezionali, su entrambe dette superfici, di un nastro distaccante pelabile (peel-ply), direttamente nel processo di pultrusione. A polimerizzazione avvenuta, la rimozione di questo nastro distaccabile consente di ottenere delle superfici di contatto dei profili cavi 3 gi? dotate della desiderata rugosit? per garantire la corretta adesione durante le fasi successive di costruzione dell?albero a listelli ed evitare quindi ogni lavorazione meccanica degli stessi profili cavi 3.

Il numero di profili cavi 3 da applicare sul tubo interno 1 varia ovviamente in funzione del diametro del tubo interno 1 che, a sua volta, ? strettamente correlato al diametro finale dell?albero a listelli; per un albero a listelli da 6?, che ? attualmente la dimensione pi? diffusa nel mercato, vengono utilizzati dieci profili cavi 1 che formano dieci corrispondenti cave 5, alternate tra cave 5b per il centraggio delle bobine e cave 5a per il bloccaggio delle bobine.

Le diverse porzioni sopra descritte del corpo centrale dell?albero a listelli vengono reciprocamente montate in una fase di assiemaggio mediante uno strato legante 7 di materiale pre-impregnato a base di fibre di carbonio disposto per laminazione sulla superficie esterna del tubo interno 1, prima di posizionare sulla stessa i profili cavi 3. Si pu? utilizzare a questo scopo sia un materiale unidirezionale che un tessuto (spessore indicativo di uno strato 0,2-0,3 mm). Lo strato legante 7 pu? essere avvolto in forma continua tramite tecnologia ?wrapping? lungo tutta la superficie esterna del tubo interno 1, oppure possono essere posizionate manualmente delle strisce longitudinali di materiale pre-impregnato tra coppie di scanalature 2 limitrofe, favorendo cos? il centraggio successivo dei profili cavi 3 perch? le scanalature 2 rimangono completamente scoperte.

Sul tubo interno 1 cos? laminato vengono poi gradualmente montati i profili cavi 3 utilizzando delle idonee attrezzature di serraggio provvisorio ? per esempio costituite da anelli di bloccaggio, di diametro molto maggiore dell?albero a listelli, in cui sono inserite viti radiali che possono essere serrate fino a contatto del tubo interno 1 e/o dei profili cavi 3, man mano che questi ultimi vengono montati in posizione ? e interponendo, tra ogni coppia di profili cavi 3 limitrofi, inserti longitudinali siliconici aventi la medesima sezione trasversale delle cave 5a e 5b, che ne vengono quindi completamente occupate. Scopo di detti inserti siliconici ? quello di isolare adeguatamente la struttura dei profili cavi 3 durante la fase di co-polimerizzazione, evitando che l?eventuale fuoriuscita di eccessi di resina vada a generare accumuli non desiderati della stessa all?interno delle cave 5, accumuli che sarebbero poi difficili da rimuovere e potrebbero ostacolare il buon funzionamento dei listelli 8 e delle relative camere d?aria 9 destinati ad essere poi alloggiati all?interno di dette cave 5.

La costruzione del corpo centrale dell?albero a listelli sopra descritta viene infine completata mediante l?applicazione di un rivestimento esterno 10 costituito da 2/3 strati di tessuto di fibre di carbonio pre-impregnati (spessore indicativo di ogni strato 0,2-0,3 mm) sulla superficie esterna circonferenziale dei profili cavi 3, prima oppure anche durante la fase di assiemaggio sopra descritta. Il rivestimento esterno 10 dei profili cavi 3 conferisce agli stessi la necessaria resistenza trasversale ed allo schiacciamento localizzato, resistenza che non potrebbe essere invece offerta dalle fibre unidirezionali che costituiscono la superficie superiore di detti profili cavi 3.

Tutti i componenti del corpo centrale dell?albero a listelli sopra descritti, compresi gli inserti siliconici, vengono infine bloccati in posizione corretta mediante una nastratura di compattazione con una pellicola termoretraibile (in modo analogo a quanto viene fatto nella tecnologia ?wrapping?), mentre al progredire della nastratura lungo l?asse del corpo centrale vengono progressivamente smontati gli anelli di bloccaggio sopra descritti che permettevano di mantenere in posizione i singoli profili cavi 3 durante la fase di assiemaggio. Una volta completata la nastratura, il corpo centrale dell?albero a listelli ? pronto per essere avviato alla fase di copolimerizzazione in autoclave tramite applicazione di pressione e temperatura adeguate a questo scopo. Il processo di co-polimerizzazione determina cos? la formazione di un unico manufatto in cui le diverse porzioni componenti, ognuna progettata con una sua specifica funzionalit? diversa, si compongono in maniera complementare. All?uscita dalla fase di copolimerizzazione il corpo centrale dell?albero a listelli risulta quasi completamente finito e non necessita quindi di lavorazioni invasive, richiedendo unicamente l?estrazione degli inserti siliconici, la rimozione di sbavature sui bordi e spigoli ed eventualmente una lisciatura della superficie cilindrica esterna.

Albero espansibile a listelli

L?albero espansibile a listelli della presente invenzione ? inoltre progettato in modo tale che il corpo centrale C portante, in materiale composito a base di fibre di carbonio, pu? essere facilmente abbinato ad una soluzione costruttiva affidabile e versatile, relativamente alla funzionalit? specifica dell?albero, con le testate T dell?albero stesso.

Si prevede infatti che al suddetto corpo centrale in materiale composito vengano incollate testate T, tipicamente in lega di alluminio, che permettono sia il fissaggio dell?albero a listelli alla relativa macchina, tramite appositi supporti di estremit? 13 di acciaio, che il collegamento dei passaggi aria dalla valvola di immissione 14 alle camere d?aria 9 posizionate sul fondo delle cave 5. Ogni testata T dispone infatti di un manicotto interno M che si inserisce a misura entro il tubo interno 1 e permette un ancoraggio stabile della testata T per incollaggio mediante adesivi adatti. Almeno una delle due testate T comprende inoltre un canale circonferenziale interno per consentire la distribuzione d?aria compressa dalla valvola 14 di alimentazione esterna alle camere d?aria 9 nelle cave 5 dove queste sono alloggiate assieme ai rispettivi listelli 8.

Sedi per O-ring di tenuta possono essere realizzate o sulle testate T stesse o sui supporti d?estremit?. La soluzione con testate T in alluminio incollate consente un?elevata standardizzazione nella costruzione dell?albero a listelli che viene poi personalizzato per ogni singolo cliente solo limitatamente ai due supporti d?estremit? 13 di acciaio, montati meccanicamente sulle testate T, e pertanto facilmente rimuovibili e sostituibili.

Il sistema di movimentazione dei listelli 8, di per s? noto, ? di tipo pneumatico, grazie al gonfiaggio della camera d?aria 9 posta al di sotto di ogni listello 8 nelle relative cave 5 d?alloggiamento, presenti sia nel corpo centrale C portante in materiale composito che sulle testate T in alluminio. Il passaggio aria avviene direttamente dai fori radiali della testata T alle camere d?aria, tramite pioli 11 a fungo aventi fori di sfiato nella testa a fungo disposta all?interno della camera d?aria 9. Tali pioli 11 sono infatti posizionati all?estremit? della camera d?aria 9 e inseriti parzialmente nella stessa tramite un foro formato sulla sua parte inferiore, mentre il gambo cavo dei pioli 11 ? inserito in corrispondenza di fori radiali previsti nelle cave di alloggiamento formate nella testata T.

Le fasi di assemblaggio e disassemblaggio dell?albero a listelli (per esempio durante la manutenzione) sono agevolate dall?utilizzo di componenti facilmente smontabili e ripetibili. In particolare l?utilizzo di un anello di chiusura 12 della testata T permette lo smontaggio ed eventuale sostituzione delle camere d?aria 9 o dei listelli 8, senza dover necessariamente smontare i supporti d?estremit? 13 a loro volta assemblati alla testata in maniera indipendente.

Dalla descrizione che precede risulta in modo chiaro come l?albero a listelli della presente invenzione abbia pienamente raggiunto tutti gli scopi prefissi ed abbia conseguito anche altri vantaggi. In particolare fornendo:

- un albero espansibile a listelli in materiali compositi con sezione complessa che presenta ampie finestre di alleggerimento avente un?inerzia molto bassa rispetto agli alberi metallici alleggeriti di tipo noto (a pari geometria il peso ? di circa la met? rispetto ad un albero in alluminio) ed elevata rigidit? specifica, confrontabile con quella degli alberi di acciaio (il modulo elastico minimo ? circa il doppio rispetto a quello di un albero in alluminio);

- un albero espansibile a listelli con corpo centrale integralmente in materiale composito a base fibre di carbonio che, grazie alla sua bassa inerzia, ? in grado di sopportare velocit? di rotazione molto pi? elevate rispetto ai controtipi metallici o ibridi metallo-composito, soprattutto per alberi di lunghezze elevate dove la bassa velocit? critica degli alberi metallici vincola il possibile incremento di velocit? di produzione sui macchinari (ad esempio settore cartario e della produzione di tessuto-non-tessuto);

- un albero espansibile a listelli con caratteristiche di elevata leggerezza, per cui risulta consentito il sollevamento manuale da parte di un solo operatore (limite massimo 25 Kg), soprattutto su macchinari con altezze ridotte (es. per applicazioni stampa) non dotati di sistemi di sollevamento automatizzati o in stabilimenti con limiti di ingombro che non ne consentano l?utilizzo;

- un albero espansibile a listelli con corpo centrale portante idoneo a sostenere elevati carichi anche in caso di lunghezze notevoli (applicazioni possibili fino a 6 metri di lunghezza utile) e bobine di grosse dimensioni o per applicazioni critiche con pi? bobine di larghezza ridotta tra di loro distanziate (dove viene meno in larga parte l?effetto di irrigidimento determinato dalla bobina singola), grazie alla previsione di fibre orientate nelle varie direzioni sia nel tubo interno 1, che eventualmente nello strato legante 7, che infine nel rivestimento esterno 10) che permettono di sostenere sforzi in direzione longitudinale, in direzione trasversale e a torsione (a differenza degli alberi espansibili realizzati interamente con la tecnologia a pultrusione);

- albero espansibile a listelli realizzato con un processo di costruzione ripetibile, con geometria finale della sezione dell?albero quasi finita ed a basso contenuto di sfrido (?net-shape?), in cui le fasi di lavorazione sono minimizzate sia nei tempi che nei costi (a differenza degli alberi espansibili fabbricati con lavorazioni a macchina dal pieno);

- un albero espansibile a listelli mediante il quale ? possibile realizzare diverse versioni a seconda del modello specifico, delle esigenze del cliente e delle dimensioni dell?albero, utilizzando la stessa configurazione di base del corpo centrale e che permette quindi un?elevata standardizzazione dei componenti secondo varianti di lunghezza, l?unica personalizzazione essendo confinata ai supporti d?estremit? a loro volta smontabili meccanicamente dalle testate;

- un albero espansibile a listelli che soddisfa i sempre pi? stringenti requisiti di sicurezza e di lunga vita utile richiesti dagli utilizzatori, data l?elevata resistenza strutturale del corpo centrale in materiali compositi a base di fibre di carbonio e i relativi elevati fattori di sicurezza, sia statici che dinamici, ed in particolar modo di resistenza a fatica.

S?intende comunque che l?invenzione non deve considerarsi limitata alle particolari disposizioni illustrate sopra, che costituiscono soltanto forme di esecuzione esemplificative di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall?ambito di protezione dell?invenzione stessa, che risulta unicamente definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (20)

RIVENDICAZIONI

1) Albero espansibile a listelli per il supporto rotante di bobine di pellicola del tipo comprendente un corpo centrale (C) cilindrico, munito di pi? cave (5) longitudinali per l?alloggiamento di listelli (8) e di rispettive sottostanti camere d?aria (9) di azionamento, detto corpo essendo delimitato da testate (T) che consentono il supporto rotante di detto corpo centrale (C) e l?alimentazione di aria compressa a dette camere d?aria caratterizzato da ci? che detto corpo centrale (C) ? interamente costituito da materiali compositi a base di fibre di carbonio e comprende una porzione tubolare (1) interna e una pluralit? di porzioni longitudinali (3) esterne giustapposte sulla intera superficie esterna di detta porzione tubolare interna (1) e ad essa vincolate da uno strato legante (7), in cui dette porzioni longitudinali formano, con la loro superficie esterna, la superficie cilindrica di detto corpo centrale (C), e delimitano, con le loro superfici laterali, dette cave (5) longitudinali.

2) Albero espansibile a listelli come in 1, in cui detta porzione tubolare ? costituita da un tubo interno (1) di materiale composito a fibre incrociate e dette porzioni longitudinali sono costituite da profili cavi (3) di materiale composito a fibre parallele.

3) Albero espansibile a listelli come in 2, in cui detto tubo interno (1) presenta sulla sua superficie esterna scanalature longitudinali (2) accoppiate a corrispondenti nervature longitudinali (6) formate sulla superficie inferiore di detti profili cavi (3).

4) Albero espansibile a listelli come in 3, in cui detto strato legante ? costituito da un materiale composito a fibre parallele o incrociate.

5) Albero espansibile a listelli come in 4, in cui la superficie esterna di detti profili cavi (3) ? ricoperta da un rivestimento esterno (10) costituito da un materiale composito a fibre incrociate.

6) Albero espansibile a listelli come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui lo spessore delle pareti laterali di detti profili cavi (3) ? diverso sui due lati contrapposti di detti profili, cos? da determinare cave (5) longitudinali di differente altezza per l?alloggiamento, rispettivamente, di listelli di centraggio bobine in cave (5b) di minore altezza e di listelli di bloccaggio bobine in cave (5a) di altezza maggiore.

7) Albero espansibile a listelli come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui dette testate (T) sono di lega di alluminio e comprendono un manicotto interno (M) che si inserisce a misura entro il tubo interno (1) del corpo centrale (C) a cui ? incollato mediante adesivi.

8) Albero espansibile a listelli come in 7, in cui almeno una di dette testate (T) comprende un canale circonferenziale interno per la distribuzione d?aria compressa da una valvola di alimentazione esterna alle camere d?aria (9) alloggiate nelle cave (5) assieme ai rispettivi listelli (8).

9) Albero espansibile a listelli come in 8, in cui la distribuzione d?aria compressa alle camere d?aria (9) avviene tramite pioli (11) a fungo aventi fori di sfiato nella testa a fungo disposta all?interno della camera d?aria (9) e il gambo cavo inserito in corrispondenza di fori radiali previsti nelle cave di alloggiamento formate nella testata (T).

10) Albero espansibile a listelli come in 7, in cui ognuna di dette testate (T) comprende mezzi meccanici di accoppiamento per rispettivi supporti di estremit? (13) di acciaio dell?albero estensibile a listelli.

11) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli per il supporto rotante di bobine di pellicola del tipo comprendente un corpo centrale (C) cilindrico interamente di materiali compositi a base di fibre di carbonio, munito di pi? cave (5) longitudinali per l?alloggiamento di listelli (8) e di rispettive sottostanti camere d?aria (9) di azionamento, detto corpo essendo delimitato da testate (T) che consentono il supporto rotante di detto corpo centrale (C) e l?alimentazione di aria compressa a dette camere d?aria caratterizzato da ci? che comprende le seguenti fasi di fabbricazione di detto corpo centrale (C):

a. formare una porzione tubolare (1) interna a fibre incrociate mediante tecnologia ?filament winding? o ?wrapping?;

b. formare una pluralit? di porzioni longitudinali (3) esterne a fibre parallele mediante tecnologia a pultrusione;

c. formare uno strato legante (7) di materiale pre-impregnato a base di fibre di carbonio a fibre parallele o incrociate sulla superficie esterna di detta porzione tubolare (1);

d. giustapporre dette porzioni longitudinali (3) esterne sulla intera superficie esterna di detta porzione tubolare interna (1), in modo da formare, con la loro superficie esterna, la superficie cilindrica di detto corpo centrale (C), e da delimitare, con le loro superfici laterali, dette cave (5) longitudinali;

e. applicare sulla superficie esterna di dette porzioni longitudinali (3) un rivestimento esterno (10) costituito da un materiale preimpregnato a base di fibre di carbonio incrociate;

f. effettuare una fase finale di co-polimerizzazione in autoclave del manufatto cos? composto per ottenere detto corpo centrale (C) dell?albero espansibile a listelli.

12) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 11, in cui detta porzione tubolare ? in forma di un tubo interno (1) e dette porzioni longitudinali sono in forma di profili cavi (3).

13) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui in detta fase b) le superfici inferiore e superiore di detti profili cavi (3) vengono dotate di rugosit? superficiale predefinita tramite l?accoppiamento al fascio di fibre di carbonio unidirezionali, su entrambe dette superfici, di un nastro distaccante pelabile (peel-ply), direttamente nel processo di pultrusione.

14) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui in detta fase d) la disposizione di detti profili cavi (3) sulla superficie di detto tubo interno (1) viene agevolata dall?accoppiamento tra scanalature longitudinali (2), formate per fresatura sulla superficie esterna del tubo interno (1), e corrispondenti nervature longitudinali (6) previste sulla superficie inferiore di detti profili cavi (3).

15) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 14, in cui in detta fase c) detto strato legante (7) viene avvolto sul tubo interno (1) in forma continua mediante tecnologia ?wrapping? o viene applicato in strisce longitudinali disposte tra coppie di scanalature longitudinali (2) limitrofe, lasciando cos? scoperte dette scanalature (2).

16) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui tra ogni coppia di profili cavi (3) limitrofi, vengono applicati inserti longitudinali siliconici aventi la medesima sezione trasversale di dette cave (5) che ne vengono cos? completamente occupate.

17) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui in detta fase e) viene inoltre applicato sulla superficie esterna circonferenziale dei profili cavi (3) un rivestimento esterno (10) costituito da strati di tessuto di fibre di carbonio pre-impregnati.

18) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui prima di detta fase f) tutti i diversi componenti del corpo centrale (C), compresi detti inserti siliconici, vengono bloccati nelle loro posizioni corrette mediante nastratura di compattazione con una pellicola termoretraibile.

19) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui dopo detta fase f) vengono effettuate le operazioni di estrazione degli inserti siliconici, rimozione di sbavature sui bordi e spigoli ed eventualmente di lisciatura della superficie cilindrica esterna.

20) Processo di fabbricazione di un albero espansibile a listelli come in 12, in cui a detto corpo centrale (C) uscente da detta fase f) vengono unite testate (T) di alluminio, mediante incollaggio tra un rispettivo manicotto (M) e la superficie interna di detto tubo interno (1), dette testate (T) essendo equipaggiate con supporti di estremit? (13) di acciaio che consentono il fissaggio dell?albero a listelli ad una relativa macchina, ed almeno una di dette testate (T) comprendendo inoltre un canale circonferenziale interno per consentire la distribuzione d?aria compressa da una valvola di alimentazione esterna alle camere d?aria (9) alloggiate nelle cave (5).