ITMI982806A1 - Apparecchiatura per la lavorazione del vetro con sistema a giostraperfezionato e suo metodo di controllo - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"APPARECCHIATURA PER LA LAVORAZIONE DEL VETRO CON SISTEMA A GIOSTRA PERFEZIONATO E SUO METODO DI CONTROLLO"

La presente invenzione riguarda un'apparecchiatura per la lavorazione del vetro dotata di un sistema a giostra perfezionato e un suo metodo di controllo.

Come noto, nella fabbricazione industriale di oggetti di vetro, l'apparecchiatura per la formatura o la lavorazione dei pezzi di vetro comprende comunemente un sistema a giostra, mediante il quale gli stampi o i mandrini dei pezzi da lavorare vengono trasportati in corrispondenza delle varie stazioni di lavoro, dove sono alloggiate le varie attrezzature cooperanti con la giostra e atte ad eseguire le diverse fasi di produzione dell'articolo (stampaggio, pressatura, centrifugazione, molatura, bisellatura, finitura, e così via).

Normalmente il sistema a giostra è costituito da una piattaforma dotata di movimento continuo o di movimento discontinuo, altrimenti detto indexato, cioè suddiviso in una pluralità di spostamenti discreti.

Per ragioni storiche ormai consolidate nel settore, e per i motivi tecnici che si discuteranno più avanti, il sistema a giostra, attualmente, è azionato tramite un motore, una trasmissione meccanica di riduzione, un meccanismo di indexazione, e da vari altri accessori secondari.

La ragione dell'impiego di questa costruzione piuttosto "pesante" e poco sofisticata, va ricercata nelle condizioni tipiche di funzionamento di queste attrezzature. Infatti, le apparecchiature per la lavorazione del vetro funzionano sempre in ambiente aggressivo: sia l'elevata temperatura di esercizio, sia l'insistente presenza di rottami e di polvere di vetro (derivante dalle lavorazioni) rendono assai problematica la preservazione e la salvaguardia di eventuali organi delicati e hanno sempre fatto sì che altri sistemi - diversi da quelli a trasmissione meccanica ampiamente sperimentati - venissero scartati a priori in questo settore.

Inoltre, va sottolineato che questo tipo di apparecchiatura funziona a ciclo continuo - cioè non viene mai arrestata, salvo per le manutenzioni - visto che la partenza e l'arresto sono sempre fasi critiche quando si lavora vetro allo stato fuso o plastico: essa deve essere quindi solida e affidabile.

Per tutti questi motivi, la costruzione del sistema a giostra non ha subito un progresso rilevante, se paragonato all'evoluzione tecnica che c’è stata in altri settori, esistendo anche un pregiudizio in questo specifico campo sulla reale convenienza di cercare nuove soluzioni che non fossero quelle altamente sperimentate e consolidate.

Pertanto, si è sempre affidato il compito della trasmissione e della indexazione a sistemi puramente meccanici che impiegano ruote dentate (per esempio una coppia pignone-ruota dentata) e/o altri cinematismi di confermata solidità e affidabilità. Il meccanismo di indexazione, per esempio, in molte applicazioni è realizzato mediante un cinematismo a croce di malta.

Tuttavia, a fronte della robustezza e della diffusione, i sistemi meccanici sinora impiegati soffrono di alcuni inconvenienti .

Innanzitutto, poiché le sollecitazioni sono tutt'altro che marginali (le coppie applicate alle giostre più sollecitate sono dell’ordine di alcune decine di migliaia di Nm) tutti i componenti devono essere dimensionati con ampi margini di sicurezza; questi ultimi risultano quindi pesanti e producono forti inerzie di movimento, costituendo pertanto un ulteriore limite per il dimensionamento della macchina stessa.

Viste, dunque, le elevate masse in gioco (una giostra può avere un diametro anche di 3000 mm e una massa anche di 4000 Kg) e le accelerazioni richieste (si possono facilmente raggiungere accelerazioni fino a 3 g), è necessario impiegare riduttori, che non hanno buoni rendimenti, nonché motori elettrici di elevata potenza.

Ulteriori problemi che affliggono comunemente i sistemi meccanici di trasmissione sono poi i seguenti:

- usure non trascurabili, dovute alla presenza di componenti reciprocamente impegnati in movimento relativo tira loro, che richiedono una serie di complessi accorgimenti progettuali, oltre a gravose manutenzioni periodiche;

- urti generati dagli ampi giochi e dalle elasticità dei componenti accoppiati, i quali contribuiscono a sollecitare ulteriormente le parti in contatto;

- la precisione di posizionamento risulta compromessa, dato che, nel caso il traino sia realizzato solo con ingranaggi, i giochi e le elasticità rendono impossibile prelevare un segnale di retroazione di posizione a valle del carico resistente; si rende pertanto necessario l'utilizzo di dispositivi di centraggio meccanico idonei a recuperare questi errori;

- elevati costi di fabbricazione, lavorazione, montaggio e manutenzione;

I problema relativi alla precisione di posizionamento vengono parzialmente superati utilizzando un meccanismo a dividere tipo croce di malta. Tuttavia, poiché per .limitare le coppie richieste per il traino è necessario utilizzare un riduttore meccanico, la precisione di posizionamento risulta comunque compromessa. Inoltre il cinematismo a croce di malta soffre, in modo particolarmente accentuato, dei problemi legati alla scarsa flessibilità di funzionamento.

Infatti, una volta definita la configurazione della croce di malta, risulta stabilito univocamente il numero di divisioni della giostra per ciascun giro completo, e quindi il numero di stazioni dì lavoro della giostra atte ad accogliere i pezzi da lavorare: in questo modo, non solo risulta impossibile variare il numero di suddivisioni (salvo sostituendo completamente il cinematismo di trasmissione), per adeguare l'apparecchiatura ad esigenze mutate, ma risulta anche assai complesso regolare la proporzione tra tempo di movimento e tempo di sosta in stazione. Pertanto, è gioco forza attrezzare una giostra in base alla configurazione fissa del suo cinematismo di trasmissione, il che rende impossibile dotare la giostra della flessibilità di prestazioni che le consentano di ottimizzare il processo di lavorazione di un'ampia gamma di oggetti da produrre. Nonostante gli svantaggi summenzionati, il tecnico medio del settore è sempre stato disincentivato a cercare soluzioni alternative, specialmente ad andare a cercare in ambienti di lavoro differenti, dove le condizioni non fossero altrettanto specifiche e gravose come quelle esposte più sopra.

Invece, abbandonando la consolidata affidabilità dei sistemi di trasmissione meccanici e vincendo i pregiudizi esistenti nel settore, nel tentativo di risolvere tutti gli inconvenienti della tecnica nota, la Richiedente è andata alla ricerca di nuove strade.

Si è riscontrato che, già da diverso tempo, sono disponibili nel commercio motori elettrici del tipo "direct drive” ovvero a "trasmissione diretta". Questi motori elettrici, solitamente di tipo sincrono, si compongono di uno statore anulare, su cui sono ricavati una pluralità di avvolgimenti atti a produrre un campo magnetico a più poli mobili, e di un corrispondente rotore anulare, dotato di una serie di magneti permanenti affacciati alla superficie dello statore e dislocati a breve distanza da quest'ultimo, così da stabilire un traferro.

Questi motori presentano un'estrema semplicità costruttiva, sono componibili e possono arrivare ad esercitare coppie molto elevate a qualunque velocità di rotazione, sono facilmente controllabili e permettono di ottenere un eccellente precisione di posizionamento .

Applicando dunque i principi di funzionamento di questo tipo di motore al settore delle macchine per la lavorazione del vetro, la Richiedente ha voluto risolvere con originalità i problemi che erano presenti nella tecnica nota.

Tale obiettivo è stato raggiunto mediante un'apparecchiatura per la lavorazione del vetro dotata di un sistema a giostra portapezzi solidale ad un rotore girevole coassialmente ad un rispettivo statore fisso, detto rotore e detto statore essendo parte di un motore elettrico a trasmissione diretta.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'apparecchiatura secondo l'invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, data a titolo di esempio ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 è una vista in sezione longitudinale di una forma d'esecuzione dell'invenzione; e

fig. 2 è una vista analoga a quella di fig. 1, di un'altra forma d'esecuzione dell'invenzione.

Come visibile nelle figure, un'apparecchiatura per la lavorazione del vetro comprende un basamento 1, una giostra 2, montata girevole sul basamento 1, una serie di attrezzi di lavoro (non mostrati), quali mandrini, stampi o simili, montati sulla giostra 2, e altri dispositivi per la lavorazione del vetro (non mostrati), quali alimentatori, dispositivi di pressata, mole e simili, che intervengono in cooperazione con le attrezzature montate sulla giostra 2, per esempio in opportune stazioni di lavoro.

La giostra 2, a sua volta, si compone di un corpo di giostra 2a montato, mediante cuscinetti 3a e 3b, su una colonna di supporto 4 fissata al basamento 1. Preferibilmente, almeno uno dei due cuscinetti, per esempio il cuscinetto inferiore 3b, è del tipo obliquo, in modo che venga esercitata anche una funzione di reggispinta .

Secondo l'invenzione, alla parte inferiore del corpo di giostra 2a è fissato un rotore 5 che porta, sulla sua superficie perimetrale, una pluralità di magneti permanenti Sa.

Coassialmente a tale rotore 5, solidale al basamento 1, è presente uno statore 6 di un motore elettrico "a trasmissione diretta", dotato di avvolgimenti di un circuito elettrico atti a stabilire un campo magnetico a poli magnetici alternati e mobili. Eventualmente, gli avvolgimenti possono essere di tipo modulare.

Il rotore 5 e lo statore 6 sono affacciati ad una breve distanza. L'interstizio che si stabilisce tra essi costituisce il traferro 7 del motore elettrico.

Il rotore 5 e lo statore 6 possono avere superfici contrapposte cilindriche (come nella forma d'esecuzione di fig. 1} oppure superfici parallele piane, con disposizione radiale dei magneti permanenti (come nella forma d'esecuzione di fig. 2).

Preferibilmente, lo statore 6 e il rotore 5 sono racchiusi all'interno di un alloggiamento 8, solidale al basamento 1, chiuso a tenuta. L'alloggiamento 8 può essere chiuso ermeticamente, mediante opportune guarnizioni, oppure può essere pressurizzato così da garantire un minimo trafilamento di fluido verso l'esterno in corrispondenza delle guarnizioni striscianti. Oppure, ancora, 1'alloggiamento può contenere un fluido adeguato a pressione controllata. Ciò impedisce che materiale di scarto, proveniente dall'ambiente di lavoro, possa contaminare il motore compromettendone il funzionamento.

Nelle apparecchiature per la lavorazione del vetro deve essere garantita l'accessibilità dal basso della giostra 2, così da poter montare, direttamente sul basamento, alcune attrezzature di lavoro che devono cooperare con la giostra stessa in corrispondenza, per esempio, degli stampi. Inoltre, si deve garantire la possibilità di effettuare le operazioni di manutenzione di tali attrezzature di lavorazione.

Quindi non si vuole utilizzare un grosso cuscinetto reggispinta, cioè una cosiddetta ralla, per supportare direttamente il corpo di giostra 2a sul basamento, come sarebbe più conveniente per ottenere una distribuzione ottimale del carico sui cuscinetti e quindi una stabilità accettabile. D'altra parte, è necessario garantire una rigidezza elevata della struttura della giostra, per evitare che si manifestino deformazioni in grado di modificare la spaziatura del traferro 7 compromettendo il funzionamento del motore elettrico.

Pertanto, secondo l'invenzione, i cuscinetti 3a e 3b sono disposti sulla colonna 4 il più possibile distanti, e preferibilmente, almeno ad una distanza maggiore del 25% del raggio R del corpo di giostra 2a.

Contemporaneamente, è previsto che vi sia un certo distanziamento tra il piano superiore del corpo di giostra 2a e il basamento 1: ciò ha la duplice funzione di mantenere quanto più possibile lontana la porzione di rotore e statore dalla zona di lavoro ad alta temperatura, e di consentire un agevole acceso alla parte inferiore del piano del corpo di giostra 2a.

Per impedire che lo statore e il rotore possano venire a contatto in seguito a cedimenti o deformazioni anomale del complesso di supporto del rotore, è previsto un dispositivo distanziatore di sicurezza (non mostrato) che interviene sostenendo il rotore in caso di necessità. Ciò è particolarmente desiderabile per scongiurare l'eventualità di una riduzione eccessiva del traferro 7 durante il funzionamento della giostra, che porterebbe ad un "incollamento" magnetico improvviso tra rotore e statore inducendo un arresto brusco e pericoloso dell'apparecchiatura.

La regolazione e il controllo del campò magnetico nello statore 6, e conseguentemente della velocità di rotazione e della posizione angolare della giostra 2, può essere conseguito mediante un dispositivo di controllo agente sulla corrente di alimentazione degli avvolgimenti, per esempio in funzione di un segnale proveniente da un sensore di posizione 9 (quale un encoder) dislocato in prossimità del rotore.

I parametri necessari per la regolazione ed il controllo del campo magnetico, impostati per ottimizzare, in funzione delle richieste del processo, il profilo di velocità, sono acquisiti dal dispositivo di controllo ed elaborati, ad esempio, come matrice di punti. Il dispositivo di controllo può essere dotato di algoritmi di calcolo appositamente concepiti per rispondere alle esigenze delle lavorazioni precedentemente descritte.

Gli stessi avvolgimenti, in caso di improvvisa caduta di tensione, possono essere cortocircuitati per sfruttare l'energia elettrica residua, circolante negli avvolgimenti, per frenare il rotore. Questa energia residua, essendo funzione della potenza assorbita in quell'istante (e quindi proporzionale anche alla velocità), esplica un'azione frenante che costituisce sicuramente un vantaggioso ausilio ad eventuali altri dispositivi esterni, per il raggiungimento di una buona sicurezza passiva, anche se non potrà avere la stessa efficacia di un'azione frenante ottenuta mediante una rampa di corrente opportunamente prodotta con un dispositivo di controllo attivo. In aggiunta, è sempre possibile prevedere un sistema frenante di sicurezza per bloccare la giostra in caso di caduta di tensione nell'alimentazione del motore o del dispositivo di controllo.

Con l'apparecchiatura secondo l'invenzione si sono dunque risolti soddisfacentemente gli inconvenienti della tecnica nota.

Infatti, sono stati eliminati del tutto i componenti meccanici di trasmissione della tecnica nota, riducendo dunque le masse in rotazione e le conseguenti forze d'inerzia, cosi da consentire l'impiego di potenze motrici inferiori; dato che la struttura complessiva della giostra può essere conseguentemente più snella e leggera, si ottiene sinergicamente la vantaggiosa possibilità di poter sviluppare accelerazioni maggiori (in valore assoluto), diminuendo i tempi complessivi di rotazione della giostra e, di conseguenza, aumentando la produttività dell'apparecchiatura.

Inoltre, non essendoci più ingranamenti tra componenti meccanici, si sono eliminati molti attriti a vantaggio del rendimento. Non esistendo più giochi e deformazioni incontrollabili nella catena cinematica tra il motore e la giostra, è possibile montare il sensore di posizione in zona molto prossima al carico resistente. Dunque, la precisione di posizionamento è eccellente, anche senza ricorrere a mezzi di centraggio meccanico. Inoltre, nelle applicazioni in cui è richiesta una precisione e ripetitività di posizione con errore nullo, o una suddivisione personalizzata della rotazione, è possibile eseguire un'operazione di autoapprendimento, nel corso della quale il dispositivo di controllo o il supervisore acquisisce le quote delle posizióni reali di arresto, memorizzandole in forma numerica in una opportuna tabella di consultazione.

Il rotore e lo statore possono essere fabbricati anche in più sezioni, in modo da realizzare motori di dimensioni diverse, eventualmente anche sovrapposti o coassiali, cosi da poter disporre della coppia motrice necessaria in ogni condizione, per ogni specifica applicazione, senza sprechi di energia. Allo stesso tempo, è possibile ottenere sia un funzionamento continuo sia un funzionamento indexato secondo le più disparate esigenze, determinando il numero di divisioni del movimento della giostra nonché le più svariate leggi di movimento, semplicemente agendo su una regolazione elettronica dell'alimentazione elettrica allo statore.

Ciò rappresenta, evidentemente, una flessibilità di funzionamento senza precedenti, che consente di applicare tutta la gamma di dispositivi di lavorazione ad un'apparecchiatura dotata di un'unica giostra secondo l'invenzione.

I risultati vantaggiosi conseguiti sono dunque inaspettatamente più numerosi di quelli che si sarebbero potuti prevedere, il che rende quanto mai valida e attraente, dal punto di vista tecnico-commerciale, la nuova soluzione qui descritta.

S'intende comunque che la protezione dell'invenzione descritta sopra non è limitata alla particolare configurazione illustrata, ma si estende ad ogni altra variante costruttiva tecnicamente equivalente.

Per esempio, benché si sia illustrata una giostra in cui gli avvolgimenti sono disposti sullo statore, rientra negli insegnamenti dell'invenzione la previsione di un'analoga giostra in cui le funzioni del rotore e dello statore sono invertite, cioè in cui i magneti permanenti sono sullo statore e gli avvolgimenti sul rotore.

Rientra altresì negli insegnamenti dell'invenzione la previsione di un'analoga giostra in cui uno, o più, motori sono montati sovrapposti coassialmente o disposti concentricamente.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Apparecchiatura per la lavorazione del vetro del tipo comprendente una giostra porta-pezzi, caratterizzata da ciò che detta giostra è solidale ad un rotore girevole coassialmente ad un rispettivo statore fisso, detto rotore e detto statore essendo parte di un motore elettrico a trasmissione diretta.
2. 2) Apparecchiatura come in 1), in cui detto rotore e detto statore sono contenuti in un alloggiamento isolato dall'ambiente esterno.
3. 3) Apparecchiatura come in 1), in cui detto rotore e detto statore sono contenuti in un alloggiamento pressurizzato all'interno.
4. 4) Apparecchiatura come in 2) o 3), in cui detto alloggiamento è integrato in un basamento dell'apparecchiatura.
5. 5) Apparecchiatura come in 1), 2) o 3), in cui detta giostra si compone di un corpo di giostra montato in rotazione su una colonna tramite elementi di supporto disposti ad una distanza non inferiore al 25% del raggio del corpo di giostra.
6. 6) Apparecchiatura come in 5), in cui detto rotore è solidale alla parte inferiore di detto corpo di giostra.
7. 7) Apparecchiatura come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto statore e detto rotore sono coassiali, contenuti in due piani orizzontali paralleli e sovrapposti 8} Apparecchiatura come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto statore e detto rotore sono coassiali, complanari e concentrici. 9) Apparecchiatura come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto rotore e detto statore sono composti da più sezioni. 10) Apparecchiatura come in una qualsiasi delle rivendicazioni 5) a 9), comprendente inoltre un dispositivo atto a sostenere detto rotore al manifestarsi di un cedimento di detti elementi di supporto tale da ridurre il traferro oltre una soglia predeterminata. 11) Apparecchiatura come una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto statore comporta avvolgimenti di un circuito elettrico atti a creare e controllare un campo magnetico e detto rotore presenta magneti permanenti. 12) Apparecchiatura come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto statore alloggia magneti permanenti e detto rotore comporta avvolgimenti di un circuito elettrico atti a creare e controllare un campo magnetico. 13) Metodo di controllo di un'apparecchiatura come in 11) o in 12), in cui detti avvolgimenti del circuito elettrico vengono posti in cortocircuito al manifestarsi di una caduta di tensione. 14) Metodo di controllo di un'apparecchiatura come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, ih cui le suddivisioni e i punti di arresto reali del movimento della giostra vengono autoappresi e memorizzati da un dispositivo di controllo durante una prima fase di apprendimento.