Descrizione del Brevetto per Invenzione industriale avente per titolo "Sistema di trascinamento·' a trattori per la movimentazione di carta a bassa rigidità”.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
1. Premessa sullo stato della tecnica.
La movimentazione della carta in ambito industriale rappresenta un problema che negli anni è stato caratterizzato da diverse soluzioni.Nel caso in esame ci si riferisce al trasporto di carta, mediante dispositivi di movimentazione, detti "trattori di trascinamento”, riportati in figura 1,e che trovano, ad esempio, utilizzo nelle stampanti ad aghi.Tali trattori trainano la carta applicando la forza in prossimità delle zone laterali del foglio, nelle quali è presente una serie di fori equispaziati J ed equidistanti dal bordo.Nei fori va ad inserirsi il piolo della cinghia dentatata cui primitiva èrappresentata dalla [Fig. 1:(5)]),la quale riceve il moto dalla puleggia motrice [Fig. 1:(4)] calettata sull’ albero motore.Per garantire la tenuta della carta durante la trasmissione del moto si utilizza una placca metallica di serraggio [Fig. 1:(I)] sulla cui superficie inferiore è présente un rivestimento in plastica [Fig. 1:(6)] munito di feritoia in corrispondenza dei pioli.Tale placca preme sulla piastra di appoggio [Fig. 1:(2)] grazie ad una coppia di molle pretensionate [Fig. 1:(3)].Questo sistema di movimentazione è ampiamente diffuso nel settore dell industria cartaria poiché spesso le regioni centrali del foglio non possono essere accessibili.Definiremo queste aree non accessibili con l acronimo “ZNA” (“zone non accessibili”).!! motivo per cui le ZNA non sono accessibili dipende dal fatto che nell’ambito del processo di lavorazione della carta queste sono soggette a vari tipi di operazioni.La tipologia di operazione naturalmente dipenderà dal settore industriale di applicazione .Le ZNA e la conseguente necessità di una trazione laterale con i summenzionati trattori di trascinamento comporta una disuniformità dello sforzo meccanico che viene a generarsi all’interno de) materiale.Infatti le fibre maggiormente tese saranno quelle laterali mentre spostandosi verso il centro P allungamento riscontrato diminuirà.A tal proposito conviene ricordare che la carta è un materiale ortotropo, pertanto se si là riferimento ad un concio elementare [Fig. 5], con assi di riferimento cartesiani posizionati nel centro ed orientati in modo che l’asse 1,1 coincida con la direzione di avanzamento della macchina MD, l’asse 2,2 con la direzione ortogonale all’avanzamento CD e l’asse 3,3 con la direzione ZD normale al piano in cui giacciono gli assi 1,1 e 2,2, si può scrivere il legame costitutivo di fig. 6, valido in campo elastico. Il vettore colonna a primo membro ci rappresenta le tensioni, mentre a secondo membro troviamo la matrice delle rigidezze e il vettore delle deformazioni.Quindi applicando lo sforzo lungo uno dei tre assi abbiamo sempre una deformazione lungo le tre direzioni.Inoltre bisogna considerare che la caratteristica più importante della carta è la rigidità,definita come “la proprietà che la carta possiede di opporsi alle sollecitazioni di flessione che tendono a deformarla”. In base ai diversi esperimenti compiuti si è potuto constatare che la carta sì comporta come un corpo elastico solo quando i carichi applicati sono una frazione molto piccola di quelli massimi e le deformazioni corrispondenti sono anch’esse molto piccole.Se invece il carico supera il limite elastico la carta si comporta come un materiale plastico, la deformazione non è più proporzionale alla sollecitazione, e resta impressa anche quando si rimuove il carico (deformazione permanente).Il fattore che più di tutti influisce sulla rigidità della carta è lo spessore.Infatti a parità di grammatura (peso specifico della carta espresso in grammi e riferito all’area di un metro quadro g/m<2>) e delle altre condizioni, a piccole variazioni dello spessore del foglio corrispondono apprezzabili variazioni di rigidità.E’ dimostrabile a tal proposito che la rigidità è funzione de) cubo dello spessore.Inoltre data la non omogeneità del materiale considerato tale proprietà cambia nelle due direzioni ortogonali del foglio.Ciò detto gli esperimenti hanno evidenziato che i trattori di trascinamento tradizionali riescono a movimentare, a parità di spessore e degli altri parametri, carte caratterizzate da una grammatura pari a 270g/m<2>.Ma, per i motivi sopra esposti, per carte a bassa rigidità, in cui la grammatura è inferiore a 270. g/m<2>,i trattori di trascinamento tradizionali utilizzati nei principali processi cartografici si dimostrano inidonei a garantire in maniera sufficiente la movimentazione della carta con le caratteristiche evidenziate, in quanto la rendono soggetta a deformazione, a strappi e ad uscita dai pioli di trazione. Da qui l’esigenza dell’innovazione che di seguito si va a descrivere.
2. Descrizione del brevetto.
Con il ritrovato qui descritto, di cui si rivendica il riconoscimento della proprietà industriale sul territorio italiano, la finalità specifica è quella dì migliorare il processo di produzione automatizzata di lavorati e/o semilavorati cartacei.In particolare l’obiettivo della presente innovazione è quello di superare le criticità sopra descritte inerenti la movimentazione di carta a bassa rigidità in presenza di estese ZNA L’invenzione si basa sull’aumento della sezione trasversale su cui agisce lo sforzo di trazione attraverso la modifica strutturale dei tradionali trattori di trascinamento [fig. 2] producendo il risultato di poter movimentare carte che, a parità di spessore e degli altri parametri, presentano una grammatura inferiore a 270 g/m<2>fino ad arrivare ad un limite di circa 120 g/m<2>Il principio di base è il “trascinamento per attrito’Mnfatti si utilizza un rullo motore [Fig. 2:(6)] che ruota alla stessa velocità angolare del trattore ed un rullo condotto in controbattuta [Fig. 2:(5)] per aiutare la trasmissione del moto al foglio, interposto tra i due cilindri. La pressione di contatto tra i rulli è tale da garantire due condizioni fondamentali: evitare lo slittamento della carta ed evitare la deformazione plastica del foglio.Per favorire la prima condizione il rullo motore è rivestito, nella zone di contatto con la carta, come si osserva in figura 3, con un materiale polimerico [Fig. 2:(7)] avente superficie rugosa (es.poliuretano espanso).Inoltre i diametri dei due cilindri creano un contatto per interferenza la cui tenuta è assicurata dal carico fornito dalle molle di chiusura del trattore.Per quanto riguarda la deformazione si è rilevato sperimentalmente che lo spessore della carta nella regione di azione dei cilindri subisce un assottigliamento ed una allungamento in direzione macchina trascurabile. Ai fini realizzativi,la dimensione longitudinale del cilindro motrice è vincolata dalle lavorazioni a cui è soggetto il foglio ed in particolare all’ampiezza della zona laterale accessibile del foglio.Per il cilindro condotto, invece, tale dimensione coinciderà con l’estensione assiale del rivestimento polimerico.il rullo motore presenta quattro fori longitudinali passanti e sfasati di novanta gradi [Fig. 2:(8)].I perni che li attraversano serrano il loro gambo nei fori filettati corrispondenti presenti sulla puleggia motrice del trattore.Puleggia e rullo nudo hanno lo stesso diametro, mentre 10 spessore della zona rivestita è tale da coprire la distanza che separa la superficie esterna del cilindro dalla superfìcie superiore della piastra di appoggio su cui passa la cartaPertanto è necessario tagliare la piastra in prossimità del cilindro, come si nota in [Fig. 4] e [Fig. 2: (3)], creando un’apertura rettangolare le cui superimi laterali non devono entrare in contatto con 11 rullo, per evitare inutili dissipazioni di energia per attrito ed usura del rivestimento. Inoltre l’ingombro dovuto al rivestimento polimerico richiede- anche una modifica al corpo centràle in plastica [Fig. 2.(1)] del trattore.il rullo condotto, invece, presenta dimensioni molto ridotte rispetto a quello motrice.E’ realizzato mediante un comune cuscinetto di supporto, il cui rullo folle gira sull’ asse fissato all’intemo della carcassa di acciaio [Fig. 2:(4)].L 'intero cuscinetto ha una altezza coincidente con quella della plastica di tenuta ed è fissato alla placca superiore del trattore mediante due viti il cui asse è ortogonale ed incidente a quello di rotazione dei cilindro. Anche in questo caso è necessario effettuare una modifica al sistema di partenza: si asporta mediante fresatura una parte della plastica di tenuta [Fig. 2:(2)] avente le stesse dimensioni del rettangolo tagliato sulla piastra di appoggio e si fora la placca superiore in corrispondenza di tale zona per realizzare i due fori in cui alloggiano le viti di cui sopraX’asse di rotazione del cilindro condotto e del cilindro motrice sono paralleli e complanari in modo da rendere uniforme la distribuzione dello sforzo nella zona interessataL’adozione delle modifiche presentate sui trattori di trascinamento risolve il problema delia movimentazione della carta a bassa rigidità.Il sistema di trascinamento tradizionale trasmette moto per spinta il piolo ingrana nel foro e lo traina nella direzione macchina,pertanto la superfìcie soggetta a carico è molto piccola trattandosi di contatto tra superfìcie conica e cerchio. In concreto l’area di contatto ha dunque una superfìcie di estensione molto limitata con conseguente aumento della pressione esercitata sul foglio e deformazione della cartaCiò può quindi provocare una fuoriuscita della carta dai pioli per “effetto scivolo”, oppure nel caso di velocità più elevate lo strappo della carta o ancora un “ingobbimento” in prossimità delle zone laterali del foglio.L’utilizzo dei rullini di trascinamento fa si che buona parte della quantità di moto sia trasferita per attrito dai cilindri al foglio. Lavorando su una zona di estensione maggiore (la dimensione caratteristica è l’estensione assiale dello sfrato di materiale polimerico) si verifica un aumento della sezione resistente a parità di forza trasmessa e quindi una riduzione della deformazione.Le velocità periferiche dei pioli e del rullo motrice devono essere uguali per evitare la nascita di momenti torcenti che potrebbero danneggiare la carta Infine si precisa che la superficie di contatto dei due cilindri dipende dalla “regione accessibile” della carta(quindi quella esterna rispetto alla ZNA) ma al crescere di tale grandezza il numero di fibre in trazione nella direzione macchina cresce facendo diminuire la deformazione.Una delle specifiche applicazioni del presente ritrovato, concerne i processi produttivi dei paper-lams (carte laminate). Vds anche Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale n. RM 2007 A 000376.Con i macchinari attualmente in uso le ZNA sono infatti particolarmente estese.Nel processo di lavorazione la presenza della stazione serigrafica per la deposizione della colla sulle sagomature dei paper-lams infatti limita fortemente l’area a disposizione per il sistema di movimentazione:nella direzione ortogonale a quella di avanzamento la spalmata ha una estensione di 605mm mentre la larghezza del foglio è di 682mm.Solo 38,5mm, in prossimità dei bordi laterali non sono quindi ricoperti di coIla,rendendo necessario movimentare la carta lateralmente mediante i trattori di trascinamento.Orbene, proprio perché i paper-lams presentano una rigidità troppo bassa rispetto a quella che solitamente viene utilizzata nei principali processi cartografici i tradizionali trattori di trascinamento si sono dimostrati inefficienti mentre i trattori realizzati secondo le specifiche della presente invenzione hanno permesso la corretta movimentazione.