ITMI990248A1 - Calandra magnetica con dispositivo di regolazione della pressione trai rulli - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dai titolo:

“CALANDRA MAGNETICA CON DISPOSITIVO DI REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE DI CONTATTO TRA I RULLI”

La presente invenzione riguarda le calandre, ed in particolare una calandra magnetica dotata di un dispositivo di regolazione della pressione di contatto tra i rulli.

Come è noto, la calandra è una macchina costruita in molti tipi diversi per esercitare un’azione di laminazione su vari tipi di materiali (carta, gomma, tessuti, ecc.) che come prodotti finiti assumono una forma in fogli o nastri continui. Mediante una calandra è possibile spianare, sagomare, accoppiare, assottigliare o finire superficialmente in vari modi uno o più fogli di materiale fatto passare attraverso una coppia di rulli paralleli controrotanti. Tali rulli sono premuti l’uno contro l’altro con un carico variabile a seconda del tipo di materiale e di procedimento da eseguire, e sono generalmente cavi per consentirne il riscaldamento e/o raffreddamento mediante una circolazione interna di fluido.

. Nelle calandre di tipo noto la pressione di contatto tra i rulli viene generata spingendoli l’uno contro l’altro mediante dispositivi meccanici od idraulici che agiscono in corrispondenza dei perni di rotazione e supporto. Tuttavia questa disposizione tradizionale non garantisce uniformità della pressione lungo tutta la linea di contatto, in particolare per rulli di una certa lunghezza. Infatti, la spinta esercitata sui perni diminuisce ovviamente allontanandosi dal supporto per cui i rulli sono generalmente bombati in centro per cercare di compensare la minore spinta in tale zona.

Questa soluzione tradizionale presenta vari inconvenienti che si riflettono sia sul funzionamento della macchina che sulla qualità del prodotto. In primo luogo, la pressione non uniforme provoca vibrazioni e conseguente rumorosità, nonché una corrispondente usura dei rulli non uniforme. Inoltre, la regolazione della pressione di contatto non è agevole né precisa poiché si rischia di avere una pressione eccessiva in alcuni punti e/o una pressione insufficiente in altri.

Per quanto riguarda il prodotto, il materiale che viene premuto con pressione diversa lungo la sua dimensione trasversale non risulta perfettamente uniforme. Perdipiù in uno stesso punto la pressione può anche variare nel tempo per effetto dell’usura irregolare, di assestamenti, ecc. per cui un lotto di materiale può essere trattato in modo leggermente diverso da quello successivo.

Un parziale superamento dei suddetti problemi si ottiene con la calandra magnetica, in cui la pressione di contatto tra i rulli è ottenuta mediante un magnete generante un flusso magnetico costante su tutta la lunghezza dei rulli che sono in materiale paramagnetico o ferromagnetico. 11 magnete è dotato di espansioni polari che si estendono per tutta la lunghezza dei rulli in modo da ottenere una pressione pressoché uniforme lungo la linea di contatto tra i rulli.

Anche questa soluzione non consente tuttavia un funzionamento ottimale nel caso più comune in cui la calandra sia utilizzata per trattare materiali che possono avere diverse larghezze, per cui i rulli non lavorano su tutta la propria lunghezza ma solo nel tratto a contatto con il materiale. Come risultato, nelle zone di estremità in cui non vi è materiale da comprimere i rulli tendono ad unirsi rendendo disomogenea la pressione. Infatti, ravvicinamento dei rulli provoca una diminuzione del traferro verso le espansioni polari e quindi un aumento dell’induzione magnetica, con conseguente aumento delia forza di attrazione tra i rulli che è proporzionale al quadrato dell’induzione.

In definitiva, si verifica il fenomeno della cosiddetta “instabilità magnetica” che provoca una variazione della pressione di contatto e quindi disomogeneità nel trattamento del materiale.

Per cercare di adattare in qualche modo la calandra alia larghezza del materiale da trattare sono stati studiati magneti divisi in una pluralità di sezioni mobili indipendenti tra loro. Tuttavia, una simile soluzione presenta una notevole complessità meccanica della calandra ed implica una procedura di regolazione alquanto laboriosa. Inoltre, i risultati ottenibili non sono molto soddisfacenti in quanto non vi è alcun controllo sulla effettiva uniformità della pressione e non si riesce ad evitare il suddetto fenomeno di instabilità magnetica.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire una calandra magnetica dotata di un dispositivo di regolazione della pressione di contatto che supera i suddetti inconvenienti.

Tale scopo viene conseguito per mezzo di un dispositivo di regolazione che rileva le variazioni di flusso in ciascuno dei nuclei in cui è suddiviso l’elettromagnete che attira i rulli tra loro, e regola l’intensità della forza magneto motrice (f.m.m.) di ciascun nucleo in modo da evitare l’instabilità magnetica e generare un flusso magnetico costante ed uniforme su tutta la lunghezza dei rulli.

Il vantaggio fondamentale della calandra secondo la presente invenzione è quindi quello di generare una pressione di contatto tra i rulli perfettamente uniforme e costante grazie alla possibilità di regolazione “fine” fornita da! dispositivo di regolazione. In questo modo vengono ridotte sensibilmente le vibrazioni, la rumorosità ed i difetti di produzione e l’usura risulta anch’essa uniforme. Si ottiene inoltre un’elevata ripetibilità del trattamento, per cui i successivi lotti di materiale sono assai più omogenei perché restano costanti le condizioni di lavorazione.

Un secondo vantaggio della presente calandra è quello di ottenere una perfetta uniformità del riscaldamento dei rulli dovuto alle correnti parassite (c.d. correnti di Foucalt) che vengono prodotte sulle superfici dei rulli per effetto del campo magnetico rotante rispetto ad essi. Poiché tale riscaldamento è uniforme lungo la linea di contatto, anch’esso contribuisce ad uniformare le condizioni di lavorazione.

Inoltre, questo dispositivo di regolazione è notevolmente più semplice ed economico da realizzare rispetto ad un dispositivo di tipo meccanico, e permette di implementare facilmente un sistema automatico di regolazione del processo e di registrazione dei parametri di funzionamento.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche della calandra secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui:

la Fig.l è una vista schematica in sezione trasversale della calandra in oggetto;

la Fig.2 è una vista schematica della suddetta calandra dal lato di uscita del materiale in lavorazione; e

la Fig.3 è una vista schematica laterale dell’elettromagnete con il relativo dispositivo di regolazione.

Facendo riferimento a tali figure viene ora illustrato il funzionamento di una calandra secondo la presente invenzione specificamente destinata alla produzione di cartone ondulato. È chiaro che quanto detto nel seguito ha valore puramente esemplificativo e non limitativo, potendo essere applicato con gli opportuni adattamenti ad altri tipi di calandra come accennato in precedenza. Esempi di altre applicazioni sono la goffratura, l’accoppiamento di fogli diversi (tessuti gommati, carte plastificate, ecc.), la stiratura, la finitura superficiale e così via.

La calandra illustrata nelle figure comprende un rullo superiore 1 ed un rullo inferiore 2 provvisti di dentatura longitudinale e rotanti in senso orario ed antiorario, rispettivamente, come indicato dalle relative frecce. I due rulli 1, 2 sono impegnati tra loro come una coppia di ingranaggi ed un. foglio di cartone 3 che vi passa attraverso assume quindi una corrispondente forma ondulata. Per ottenere ciò la pressione tra i rulli lungo la linea di contatto 4 è- dell’ordine di 20-40 kN al metro, e la loro temperatura è indicativamente compresa nell’intervallo tra 130°C e 200°C.

La pressione di contatto viene generata tramite , un elettromagnete sagomato sostanzialmente ad U e disposto in posizione simmetrica sotto al rullo inferiore 2 in modo da presentare una espansione polare 6 (Nord) dal lato di uscita del materiale ed una espansione polare 7 (Sud) dal lato di ingresso. Le due espansioni polari 6, 7, di sezione trasversale uguale e costante, si estendono parallelamente ai rulli 1, 2 per tutta la lunghezza L di quest’ultimi e sono unite ad un basamento comune 5 tramite una pluralità di nuclei magnetici 8.

Come chiaramente illustrato in fig.2, i nuclei 8 presentano una disposizione specularmente simmetrica rispetto al piano di mezzeria trasversale con il nucleo centrale disposto a cavallo di tale piano. In pratica, i nuclei 8 sono preferibilmente in numero dispari (tre, cinque, sette o più) e di lunghezza decrescente da quello centrale a quelli di estremità, mentre la loro larghezza ed altezza è costante. In questo modo, grazie anche alla simmetria delle espansioni polari 6 e 7, la calandra presenta una doppia simmetria speculare rispetto al suddetto piano trasversale ed anche rispetto al piano di mezzeria longitudinale.

Ciascuna espansione polare 6, 7 esercita su entrambi i rulli 1 , 2 una forza di attrazione magnetica in direzione perpendicolare alla propria superficie, tali forze essendo indicate rispettivamente dalle frecce Fa1, Fa2, Fb1 ed Fb2.

Grazie alla simmetria strutturale del dispositivo le componenti di attrazione che agiscono sui rulli 1, 2 in direzione orizzontale si elidono, mentre quelle che agiscono in direzione verticale si sommano dando luogo alle forze di attrazione F1 ed F2. La pressione lungo la linea di contatto 4 risulta quindi pari a F 1 F2, tale pressione essendo uniforme su tutta la lunghezza L dei rulli 1 , 2.

Si noti che la pressione di contatto potrebbe essere generata ugualmente anche se uno dei due rulli 1, 2 fosse in materiale amagnetico. In tal caso essa sarebbe pari solo ad F1 od F2, poiché il rullo amagnetico fornirebbe solo la forza di reazione dei suoi perni di supporto e rotazione.

È chiaro che se i rulli 1, 2 sono di lunghezza diversa e/o il materiale 3 che viene lavorato è di larghezza minore della lunghezza dei rulli, ciò che conta è uniformità della pressione su tutta la lunghezza utile di contatto L’<L, ossia il tratto dei rulli che effettivamente lavora. A tale scopo viene utilizzato il dispositivo di regolazione descritto qui di seguito.

Su ciascuno dei nuclei 8 è avvolta una bobina 9 generatrice della f.m.m. ed un solenoide di controllo 10 disposto adiacente alla relativa espansione polare 6, 7. L’intensità della corrente che circola nella bobina 9 (e quindi della f.m.m. da essa generata) è controllata da una relativa unità di regolazione 11, la quale è a sua volta comandata da un’unità di controllo 12 che riceve ed elabora la lettura del flusso magnetico effettuata dal solenoide 10.

Con questa disposizione, il solenoide 10 è in grado di rilevare l’eventuale variazione del flusso da esso concatenato e generato dalla bobina 9, tale flusso essendo il flusso che passa dal nucleo 8 alla espansione polare e determina l’attrazione tra i rulli 1 e 2. Questa variazione di flusso viene determinata, sia in ampiezza che in segno, dall’unità di controllo 12 ed utilizzata per comandare l’unità di regolazione 11 in modo da compensare tale variazione tramite una corrispondente variazione della corrente nella bobina 9. In altre parole, l’unità 12 permette di ristabilire il valore di flusso impostato per il relativo nucleo 8 affinché la f.m.m. risulti invariata.

È chiaro che anziché avere un’unità di controllo 12 per ciascuna unità di regolazione 11 sarebbe pure possibile utilizzare un’unica unità di controllo centrale, la quale ricevesse le letture da tutti i solenoidi 10 e fosse in grado di comandare tutte le unità di regolazione 11.

Si noti che i rulli 1, 2 per effetto della loro rotazione si trovano in un campo magnetico rotante che genera sulla loro superficie delle correnti parassite sufficienti a riscaldarli di alcune decine di gradi. Infatti considerando che la velocità periferica dei rulli è dell’ordine di 4-5,5 m/s, ne risulta una frequenza di variazione elettromagnetica sinusoidale di circa 25-35 Hz con un valore di flusso complessivo di 0,8- 1,2 Wb/m<2>, ovviamente costante lungo il tratto che agisce sul materiale.

Questo effetto permette di ridurre il consumo di energia per il riscaldamento dall’interno dei rulli mediante vapore od altro fluido, inoltre rende più uniforme il riscaldamento. L’apporto fornito dalle correnti parassite dipende dai suddetti parametri di intensità e frequenza di variazione del campo magnetico, nonché dalla conduttività del materiale dei rulli.

E chiaro che la forma realizzativa della calandra secondo l’invenzione sopra descritta ed illustrata costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni. In particolare, la forma, le dimensioni e la posizione dei rulli 1, 2 e degli elementi (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) che compongono l elettromagnete possono essere alquanto variate secondo le specifiche esigenze del caso. Analogamente la calandra può comprendere un numero maggiore di rulli e di elettromagneti, ed i rulli possono essere affiancati orizzontalmente anziché verticalmente oppure essere disposti con asse verticale od inclinato invece che orizzontale.

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno pertanto essere apportate alla calandra oggetto della presente invenzione senza tuttavia uscire dall'ambito di protezione dell’invenzione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Calandra magnetica comprendente almeno una coppia di rulli paralleli girevoli (1, 2) ed almeno un elettromagnete provvisto di due espansioni polari (6, 7) che sì estendono parallelamente a detti rulli (1, 2) almeno per tutta la lunghezza utile di contatto (L’), caratterizzata dal fatto che dette espansioni polari (6, 7) sono unite ad un basamento comune (5) tramite una pluralità di nuclei magnetici (8) aventi una disposizione specularmente simmetrica sia rispetto al piano di mezzeria trasversale che a quello longitudinale della calandra, su ciascuno di detti nuclei (8) essendo avvolta una bobina (9) ed un solenoide di controllo (10) disposto adiacente alla relativa espansione polare (6, 7), l’intensità della corrente che circola in detta bobina (9) essendo controllata da una unità di regolazione (11) la quale è a sua volta comandata da una unità di controllo (12) che riceve ed elabora la lettura del flusso magnetico effettuata da detto solenoide di controllo (10).
2. 2. Calandra secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna espansione polare (6, 7) è unita al basamento (5) attraverso un numero dispari di nuclei magnetici (8).
3. 3. Calandra secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che i vari nuclei magnetici (8) sono di lunghezza diversa.
4. 4. Calandra secondo la rivendicazione 2 e 3, caratterizzata dal fatto che i nuclei magnetici (8) hanno lunghezza decrescente da quello centrale a quelli di estremità.
5. 5. Calandra secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuna unità di regolazione (11) è comandata da una relativa unità di controllo (12).
6. 6. Calandra secondo una o più delle rivendicazioni 1-4, caratterizzata dal fatto che tutte le unità di regolazione (11) sono comandate da un'unica unità di controllo (12).
7. 7. Calandra secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i rulli (1, 2) sono provvisti di dentatura longitudinale e sono impegnati tra loro come una coppia di ingranaggi.