ITUB20155071A1

ITUB20155071A1 - Elemento di sostegno per un rullo di avanzamento ed organo di avanzamento per materiale in fibra, linea di carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio e metodo di regolazione dell'inclinazione di detto rullo di avanzamento

Info

Publication number: ITUB20155071A1
Application number: ITUB2015A005071A
Authority: IT
Inventors: Marco Rovellini
Original assignee: M A E S P A
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-20
Also published as: EP3159562A1; JP6823423B2; JP2017122301A; KR20170054245A; US20170107645A1; EP3159562B1; CN106743835A; US10173854B2; KR102598172B1; CN106743835B

Description

DESCRIZIONE

‘ELEMENTO DI SOSTEGNO PER UN RULLO DI AVANZAMENTO ED ORGANO DI AVANZAMENTO PER MATERIALE IN FIBRA, LINEA DI CARBONIZZAZIONE PER LA PRODUZIONE DI FIBRE DI CARBONIO E METODO DI REGOLAZIONE DELL’INCLINAZIONE DI DETTO RULLO

DI AVANZAMENTO’’

La presente invenzione ha per oggetto un elemento di sostegno per un rullo di avanzamento, un organo di avanzamento per materiale in fibra, una linea di carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio ed un metodo di regolazione dell'inclinazione di detto rullo di avanzamento.

La presente invenzione trova dunque particolare applicazione nel trattamento di polimeri e preferibilmente nella produzione di fibra di carbonio a partire da un precursore in fibra.

Si noti che la presenza fibra di carbonio, nonché la possibilità di trattarla, ha portato ad una crescita esponenziale nell'utilizzo di tali materiali compositi in numerose applicazioni, ad esempio nell’industria energetica, dei trasporti, nella realizzazione di attrezzatura sportiva, fino addirittura all’industria aeronautica.

Attualmente le fibre di carbonio vengono prodotte per modificazione di fibre artificiali (industrialmente rayon, sperimentalmente lignina) o sintetiche (poliacrilonitrile, ma anche PBO e, sperimentalmente, altre fibre termoplastiche) oppure di residui della distillazione del petrolio o del catrame (peci). Le prime sono tradizionalmente denominate fibre di carbonio da PAN, mentre le seconde fibre di carbonio da peci {pitch). Spesso quest'ultimo tipo di fibre viene impropriamente indicato come “fibre di grafite", anche se ovviamente non si tratta di fibre ottenute da grafite, per sottolineare il fatto che quando dette fibre vengono sottoposte ad un trattamento termico al di sopra di 2000°C, esse presentano infine una disposizione degli atomi di carbonio assai simile a quella tipica della grafite ed una sostanziale assenza di altri elementi nel reticolo.

Operativamente, la produzione di fibra di carbonio inizia con il trattamento termico di un “precursore” o “protofilamento”, ovvero la fibra di partenza che, dopo una precisa successione di trattamenti termici, viene trasformata nel prodotto finale.

Il precursore che ha iniziato l’era delle fibre di carbonio ad alte prestazioni, è stata la fibra di poliacrilonitrile, PAN, caratterizzata da una composizione chimica adeguata, da un particolare orientamento molecolare e da una certa morfologia. La composizione chimica è importante per moderare l’esotermicità della reazione di ciclizzazione, condotta tra i 220 e i 260 °C per alcune ore in presenza di aria.

Aumentando la temperatura per un predeterminato intervallo di tempo, sempre in presenza di aria, avviene il processo di ossidazione, durante il quale vengono rotti i legami esistenti tra carbonio e idrogeno. Come conseguenza, gli anelli precedentemente formati diventano aromatici e il processo libera idrogeno allo stato gassoso. La reazione di ossidazione porta ad un materiale ignifugo di colore nero, in cosiddetto PAN ossidato, ma con proprietà meccaniche modeste, che viene utilizzato per abbigliamento protettivo, per ovatte ignifughe o in compositi carboniocarbonio, per freni ad elevate prestazioni (aerei, macchine da corsa e treni ad alta velocità).

La fibra di PAN cosi ossidata viene quindi sottoposta ad un processo successivo di carbonizzazione, generalmente condotto in atmosfera inerte, durante il quale avviene la rimozione degli atomi estranei alla struttura carbonica con sviluppo della struttura grafitica finale. Il processo di carbonizzazione avviene generalmente in due stadi: un primo stadio a bassa temperatura (350-950 °C, 400-900 °C nella pratica corrente) e un secondo stadio ad alta temperatura (1000-1800 °C, 1000-1450 °C nella pratica corrente).

Durante tutte le fasi del processo di carbonizzazione si sviluppano dunque HCN, NH3eN2 e possono svilupparsi anche CO, CO2 e H20 in funzione della quantità di 02che la fibra di PAN ha legato durante il trattamento di ossidazione in aria. Dopo il trattamento a oltre 1000 °C la fibra di PAN si è trasformata in una fibra di carbonio contenente circa il 95% di carbonio e il 5% di azoto.

Durante il processo di carbonizzazione, la fibra subisce un ritiro trasversale che comporta una riduzione del diametro a causa della perdita di circa il 50% del proprio peso iniziale; viene invece quasi del tutto contrastato meccanicamente il corrispondente ritiro longitudinale, con conseguente sviluppo di un maggior orientamento molecolare che contribuisce all’incremento delle proprietà meccaniche finali della fibra di carbonio.

Meccanicamente, per realizzare tanto la fase di ossidazione quanto quella di carbonizzazione, vengono utilizzati grandi forni in linea. Tipicamente, l'ossidazione avviene in più stazioni successive con temperatura crescente, in cui le fibre di precursore vengono avanzate mediante una serie di rulli ( pass-back rolls ) che le movimentano lungo percorsi orizzontali di andata e ritorno, mantenendole in tensione.

Nei forni di carbonizzazione, le stazioni di temperatura successive sono sequenziali, tipicamente applicate ad un solo tratto teso di fibra precursore teso tra un solo rullo in entrata ed un rullo in uscita.

Dunque, ciascun rullo è sostenuto alle proprie estremità e, ove necessario, messo in rotazione da apposite motorizzazioni.

A valle della carbonizzazione, tipicamente le linee presentano una successione di stazioni di “finitura”, in cui la fibra di carbonio subisce una serie di trattamenti chimici o termici volti a prepararla all’utilizzo.

A titolo di esempio, tali stazioni di finitura comprendono una o più delle seguenti:

- bagno elettrolitico,

- stazione di asciugatura/rimozione elettrolita,

- stazione di sizing o aprettatura;

- stazione di essiccazione della resina.

Si noti che, negli impianti industriali più comuni, i rulli di avanzamento presentano lunghezze importanti, superiori a 3 metri, il che comporta notevoli criticità di allineamento e di valutazione dell’incurvamento durante il funzionamento, aspetto quest’ultimo critico perché sia mantenuta la precisa posizione dei fasci di fibre durante il loro avanzamento, senza alcuna sovrapposizione o contatto tra gli stessi.

Infatti, le fibre sono organizzate in singoli stoppini (“tow”) costituiti ciascuno da 1000 fino a 400.000 filamenti, più correntemente nelle taglie 3K, 12K, 24K e 50K (dove si indica con K il migliaio di filamenti). La sovrapposizione degli stoppini causa disallineamenti all’interno dei forni può creare differenti problematiche di origine termica e meccanica.

Peraltro, durante il funzionamento dell’impianto, specialmente nei forni di ossidazione, i rulli in questione e le loro strutture di sostegno sono spesso soggetti ad importanti variazioni di temperatura e di tensione delle fibre, le quali comportano variazioni importanti nel loro incurvamento e nella loro deformazione sotto carico, oltre a spostamenti per dilatazione termica sia dei rulli stessi che delle strutture di sostegno.

Nella tecnica nota, per owiare a tali problematiche, i rulli sono rotabilmente vincolati ad appositi supporti in corrispondenza delle proprie estremità, in cui i supporti sono dotati di un giunto sferico, di un cuscinetto orientabile a rulli o simili al fine di permettere un “inseguimento” della deformazione senza compromettere la libera rotazione del rullo, ovvero senza che la deformazione dello stesso porti all’instaurarsi di tensioni e sforzi che portano al loro danneggiamento.

Tuttavia, anche in considerazione della lunghezza dei rulli, ciò non è sufficiente a garantire planarità nel piano di giacenza delle fibre, principalmente a causa della variazione di temperatura delle strutture di sostegno e dei rulli stessi, la quale ha un effetto difficilmente prevedibile in fase progettuale (specie nei forni di ossidazione in cui la temperatura è variabile).

Per tale ragione, nella tecnica nota i supporti sono amovibilmente connessi al telaio della stazione (o forno), il quale a sua volta è provvisto di montanti o traverse dotati di una pluralità di sedi di accoglimento per il supporto (o i supporti) disposte in successione, così da permettere una variazione di posizionamento di supporti di ogni singolo rullo in funzione della relativa deformazione.

Svantaggiosamente, tale metodologia incontra numerosi inconvenienti. Principalmente, la necessità di rimuovere il supporto per variane la posizione implica l’obbligo di rimozione del rullo e di fermata della linea, operazione quest’ultima da ripetersi per ogni rullo della linea in momenti differenti, in quanto la regolazione della posizione/inclinazione di un rullo ha chiaramente effetti sul rullo successivo.

Di conseguenza, appare evidente che l’operazione di regolazione dei rulli è dispendiosa sia in termini di tempo che di materiale, in quanto per la regolazione di ciascun rullo è necessario far avanzare fibra di test, che dunque risulterà in buona sostanza scartata/sprecata.

Inoltre, l’utilizzo di una successione di fori, e dunque punti discreti, per il posizionamento del supporto rende chiaramente impossibile una reale ottimizzazione della posizione dello stesso, dovendosi l’operatore “accontentare” di posizionare il supporto nel punto più vicino alla posizione ottimale.

Peraltro, la difficoltà di ottenere una completa planarità nel rullo porta al rischio di “caduta” della fibra dallo stesso, la quale tende ad avvolgersi attorno all’estremità accoppiata al cuscinetto creando ingolfi e bloccando la linea.

Scopo della presente invenzione è dunque quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota sopracitata.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un elemento di sostegno per un rullo di avanzamento di materiale in fibra di semplice realizzazione e facilmente regolabile in linea. Inoltre, scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un elemento di sostegno che incrementi l’affidabilità del forno e della linea. Peraltro, un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un organo di avanzamento di materiale in fibra altamente preciso e che presenti ridotti tempi di settaggio.

Ancora, un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un forno di ossidazione o carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio dalla ridotta produzione di scarto e di rapido settaggio. Detti scopi sono raggiunti da un elemento di sostegno avente le caratteristiche di una o più delle rivendicazioni dalla 1 alla 11, da un organo di avanzamento avente le caratteristiche di una o più delle rivendicazioni dalla 12 alla 14 e da una linea di carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio avente le caratteristiche della rivendicazione 15.

Più precisamente, l’elemento di sostegno oggetto della presente invenzione comprende una base provvista di mezzi di vincolo con una struttura o telaio della linea ed un anello di supporto accoppiato con detta base e presentante almeno un’apertura passante per l’accoglimento di un’estremità di detto rullo di avanzamento.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, l’elemento comprende mezzi di regolazione operativamente interposti tra detta base e detto anello e configurati per movimentare la posizione dell’anello rispetto alla base lungo almeno una direzione di regolazione trasversale ad un asse centrale di detta apertura, al fine di regolare la posizione dell’anello in funzione delle deformazioni del rullo.

Vantaggiosamente, in tal modo è possibile per il personale valutare la posizione del rullo durante il funzionamento della linea, agendo direttamente sui mezzi di regolazione per variarne la posizione senza interrompere l’avanzamento della fibra.

Preferibilmente, I mezzi di regolazione comprendono primi e secondi mezzi di regolazione configurati per movimentare la posizione dell’anello, rispetto alla base, lungo almeno una prima ed una seconda direzione di regolazione, tra loro sostanzialmente ortogonali ed entrambe trasversali a detto asse centrale dell’apertura, al fine di regolare la posizione dell’anello in funzione delle deformazioni del rullo.

Vantaggiosamente, in tal modo risulta assai semplice ed immediato ottenere un preciso posizionamento del rullo in tutte le direzioni che sono interessate dalle sue deformazioni.

Infatti, i mezzi di regolazione (preferibilmente del tipo a vite a filetti contrapposti destri/sinistri) sono accessibili meccanicamente e/o elettronicamente dall’esterno dell’elemento di sostegno, in modo tale da consentire una regolazione in linea, ovvero senza interruzione della linea, della posizione dell’anello.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l’elemento comprende un setto di protezione vincolato solidalmente all’anello, superiormente all’apertura (con riferimento ad una condizione di utilizzo) ed aggettante dall’anello stesso lungo l’asse centrale per proteggere l’estremità del rullo prevenendo eventuali avvolgimenti delle fibre di materiale.

Vantaggiosamente, la presenza della protezione (preferibilmente tubolare) evita ohe la caduta di filamenti di fibra dalla porzione centrale del rullo possa avvolgersi attorno all’estremità dello stesso creando non solo un intoppo alla produzione ma, in taluni casi, danni significativi all’impianto. L’organo di avanzamento secondo la presente invenzione dunque comprende una struttura di sostegno provvista di almeno una coppia di montanti e/o di una traversa, almeno un rullo di avanzamento sviluppantesi lungo una propria direzione principale, sostanzialmente orizzontale, ed una coppia di elementi di sostegno girevolmente associati ciascuno ad un’estremità di detto rullo ed aventi base vincolata ad un montante o alla traversa di detta struttura.

Preferibilmente, l’organo comprende una pluralità di rulli disposti in cascata ed una corrispondente pluralità di elementi di sostegno.

Analogamente, il forno di ossidazione è disposto in uso lungo la linea di carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio, in un tratto “preliminare, e comprende una pluralità di organi di avanzamento disposti in successione lungo una direzione di sviluppo principale della linea, preferibilmente orizzontale, e mezzi di riscaldamento (o fornaci) interposti tra due organi successivi.

Preferibilmente, in ogni caso, ciascuna stazione della linea, sia essa un forno di ossidazione, di carbonizzazione o una stazione di finitura, una pluralità di rulli disposti in successione, in cui almeno uno di detti rulli è girevolmente connesso a due elementi di sostegno secondo la presente invenzione la fine di variare la propria posizione (lungo almeno una direzione) permettendo di regolare, ovvero adattare, il posizionamento e/o il tensionamento delle fibre in funzione delle condizioni al contorno (tipo di fibra, temperatura, rigidità della struttura).

Queste ed ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente chiari dalla successiva descrizione esemplificativa, pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita, dunque non esclusiva, di un elemento di sostegno per un rullo di avanzamento, un organo di avanzamento per materiale in fibra e di una linea di ossidazione o carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio secondo quanto illustrato nelle allegate figure, in cui:

- le figure 1a, 1 b, 1c mostrano viste laterali schematiche di un impianto per la produzione di fibra di carbonio comprendente una linea di ossidazione, una linea di carbonizzazione ed una pluralità di stazioni di finitura comprendenti una pluralità di organi di avanzamento secondo la presente invenzione;

- le figure 2a e 2b mostrano due forme di realizzazione alternative di un organo di avanzamento per materiale in fibra secondo la presente invenzione;

- la figura 3 mostra una vista prospettica di un rullo di avanzamento sostenuto da due elementi di sostegno secondo la presente invenzione; - la figura 4 mostra un particolare di un rullo di avanzamento sostenuto da un elemento di sostegno secondo la presente invenzione con alcune parti rimosse per metterne in evidenza altre;

- le figure 5-7 mostrano viste laterali, prospettiche ed in sezione longitudinale dell’elemento di sostegno secondo la presente invenzione, in una sua prima forma di realizzazione;

- la figura 8 mostra una vista laterale dell’elemento di sostegno secondo la presente invenzione, in una sua seconda forma di realizzazione.

Con riferimento alle allegate figure, con il numero 1 è indicato un elemento di sostegno per un rullo di avanzamento 106, 114 di materiale in fibra “F” in una linea di ossidazione o carbonizzazione secondo la presente invenzione.

La linea di ossidazione o carbonizzazione è parte di un impianto per la produzione di fibra di carbonio, ovvero un impianto comprendente una prima linea, ovvero la linea di ossidazione, ed una seconda linea successiva alla prima, ovvero la linea di carbonizzazione.

La linea di ossidazione comprende uno o più forni 100, 104 (o stazioni), ciascuno provvisto di una pluralità di organi di avanzamento 102 per il materiale in fibra “F” (precursore) e di mezzi di riscaldamento 103 configurati per ottenere tra tali organi di avanzamento 102 una prefissata temperatura. Più precisamente, ciascun forno 100, 104presenta una pluralità di stazioni.

Ciascun organo di avanzamento 102, 113 comprende dunque una struttura di sostegno 101 (o telaio) presentante una coppia di montanti 101 a o una traversa 101 b a cui sono girevolmente accoppiati dei rulli 106, 114 di avanzamento.

Più precisamente, ciascun forno o stazione della linea 100 di ossidazione comprende almeno una coppia di organi di avanzamento 102 tra loro affacciati e comprendenti ciascuno una pluralità di rulli 106 di avanzamento disposti in cascata, preferibilmente lungo una direzione sostanzialmente verticale; si noti che ciascun rullo 106 di un organo di avanzamento 102 è funzionalmente associato ad un corrispondente rullo del successivo organo 102, definendo entrambi dei “rimandi” per il materiale in fibra “F” che ne determinano l’inversione di marcia verso un rullo 106 successivo.

Dunque, ciascun forno o stazione è configurato per movimentare il materiale in fibra “F” in continui tratti di andata e ritorno in modo tale da trattenere il materiale all’interno del forno in continuo avanzamento, in cui il numero di “tratti” è determinato dal numero di rulli 106.

In alcune realizzazioni i 106 dell’organo sono motorizzati, in totale o parzialmente, per consentire una corretta trazione del materiale e determinarne un avanzamento a velocità controllata.

Si noti che il forno di ossidazione 100 non presenta tenute in quanto il riscaldamento, a temperatura crescente nelle varie stazioni, è eseguito in aria.

Si noti che, in una prima forma di realizzazione (Figura 2a), detta “a compressione”, ciascun forno 100 presenta due organi di avanzamento 102 tra loro affacciati e distanziati, in cui la distanza tra gli assi centrali dei rulli 106 di un organo e gli assi centrali dei corrispondenti rulli 106 dell’altro organo è maggiore della distanza tra ciascun montante di un organo 102 ed il corrispondente montante dell’altro.

Alternativamente, in una seconda forma di realizzazione (Figura 2b), detta a “trazione”, la distanza tra gli assi centrali dei rulli 106 di un organo e gli assi centrali dei corrispondenti rulli 106 dell’altro organo è minore della distanza tra ciascun montante di un organo 102 ed il corrispondente montante dell’altro.

Vantaggiosamente, tale seconda forma di realizzazione consente di ottenere una migliore operabilità della linea, in quanto garantisce l’accesso laterale al materiale in fibra “F”, cosa che risulta difficoltosa con la prima opzione per la presenza dei montanti (o comunque della struttura di sostegno).

Al contrario, il forno di carbonizzazione 104 è a tenuta in quanto la reazione che si mira ad ottenere non può avvenire atmosfera contenente ossigeno (azoto o argon sono i gas tipicamente utilizzati)

Più precisamente, il forno di carbonizzazione può comprendere una o più fornaci 104a disposte in serie.

Nella forma realizzativa illustrata, ad esempio, il forno di carbonizzazione 104 comprende tre fornaci 104a disposte in successione ed operanti a rispettive temperature di funzionamento crescenti ciascuna rispetto alla fornace precedente.

Tra ciascuna fornace e la successiva è disposto almeno un organo di avanzamento 113, comprendente una pluralità di rulli di avanzamento definenti un percorso di avanzamento e tensionamento della fibra “F”. In particolare, ciascun organo di avanzamento 113 del forno di carbonizzazione 104 determina la quota di rilascio della fibra “F”, la quale è direttamente associata alla quota di ingresso della stessa nella fornace 104a (assai importante stanti le limitate dimensioni della bocca di accesso alla fornace stessa).

A valle del forno di carbonizzazione 104, la linea preferibilmente prevede una pluralità di stazioni di finitura 107, che possono variare in tipo, numero e/o specifiche in funzione del tipo di fibra trattata.

Le stazioni di finitura 107 possono comprendere una stazione di trattamento superficiale 108 e/o una vasca per trattamenti elettrolitici (o galvanici) in cui la fibra viene immersa.

In tale stazione è prevista una pluralità di rulli 106, in particolare almeno un rullo 106 di ingresso ed un rullo di rilascio.

Inoltre, tali stazioni di finitura 107 possono comprendere una stazione di lavaggio 109, anch’essa provvista di almeno una vasca 109a e, da un punto di vista strutturale, preferibilmente simile alla stazione di trattamento superficiale 108. In tale stazione, il “bagno” contenuto nella vasca 109a permette la rimozione dell’elettrolita accoppiatosi nella fase precedente. Altra stazione di finitura 107 preferibilmente presente lungo la linea è la stazione di asciugatura 110 a contatto.

Tale stazione 110 presenta ancora numerosi rulli di avanzamento, alcuni riscaldati altri semplicemente di trasporto.

Nella forme realizzative illustrate, la linea comprende anche una stazione di aprettatura 111 o accoppiamento di una resina, nuovamente dotata di una vasca 111 a ed uno più rulli di avanzamento del materiale in fibra. Successivamente alla stazione di aprettatura 111, la linea preferibilmente comprende (in particolare le stazioni di finitura 107 comprendono) una stazione di essiccazione 112, in cui almeno quattro rulli 106 a due a due in modo da far percorrere alla fibra un tratto ad “onda quadra” di altezza rilevante (>5 metri) in cui viene investita da un flusso d’aria calda. Dunque, la stazione di essiccazione 112 (senza contatto) prevede la presenza di mezzi riscaldatori convettivi 112a.

Si noti che, su lunghezze così importati, il posizionamento dei rulli (superiori o, preferibilmente, inferiori) è centrale nel tensionamento della fibra “F”.

Si noti ohe ciascuno dei rulli 106, 114 di avanzamento, in tutte le linee, forni e stazioni sopra descritte è girevolmente connesso al rispettivo telaio 101 (montante 101 a o traversa 101 b) mediante una coppia di elementi di sostegno 1 associato ciascuno ad un’estremità 106a del rullo 106.

Ciascun elemento di sostegno 1 presenta una base 2 provvista di mezzi di vincolo 2a la struttura o telaio 101 del forno 100, preferibilmente con un montante 101 a o traversa dell’organo di avanzamento 102, 113.

I mezzi di vincolo 2a sono preferibilmente fori (filettati o meno) passanti affacciabili a rispettive sedi realizzate nel montante 101 a o traversa 101 b dell’organo di avanzamento 102, 113 e ad esse vincolabili mediante accoppiamenti filettati o altro genere di connessione, preferibilmente reversibile.

Inoltre, l’elemento 1 comprende un anello 3 di supporto accoppiato con la base 2 e presentante almeno un’apertura 4 passante per l’accoglimento di un’estremità 106a di detto rullo 106, 114 di avanzamento.

Dunque, l’apertura 4 si sviluppa lungo un proprio asse centrale “A” sostanzialmente parallelo (almeno in stadio indeformato) ad un asse di sviluppo del rullo 106, 114 di avanzamento.

Preferibilmente, l’elemento di sostegno 1 comprende un cuscinetto 5 inserito neH’apertura 4 ed accoppiato con l’estremità 106a del rullo 106, 114.

Si noti che il cuscinetto 5 comprende un corpo tubolare esterno 5a (definente almeno in parte l’anello 3) ed un corpo girevole internoSb, accoppiabile (in uso accoppiato) all’estremità 106a del rullo 106, 114 e liberamente girevolmente nel corpo tubolare esterno 5a.

II corpo girevole 5b presenta dunque una cavità accoppiabile, per inserimento assiale, con la rispettiva estremità 106a del rullo 106, 114 di avanzamento. Dunque, il corpo girevole 5b è calettato sull’estremità 106a del rullo 106, 114.

In talune forme di realizzazione, il cuscinetto 5 comprende (o è definito da) uno snodo sferico configurato per variare la propria angolazione, ovvero la posizione del corpo girevole interno 5b rispetto al corpo tubolare esterno 5a in funzione della deformazione o inclinazione del rullo 106, 114.

Vantaggiosamente, in tal modo il rullo 106, 114 può ruotare liberamente e senza la creazione di tensioni interne anche in caso di deformazioni che lo portino ad accoppiarsi con l’elemento di sostegno 1 (in particolare con l’anello 3) in modo non perfettamente ortogonale.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, l’elemento di supporto comprende mezzi di regolazione 6, 7 operativamente interposti tra la base 2 e l’anello 3.

Dunque, la base 2 e l’anello 3 sono due corpi separati tra loro amovibilmente connessi, ovvero collegati in modo da poter variare la propria posizione relativa l’uno rispetto all’altro.

Dunque, preferibilmente l’elemento di sostegno 1 comprende almeno un carrello 8 collegato all’anello 3 e scorrevolmente associato alla base 2 per muoversi, rispetto ad essa, lungo detta direzione di regolazione “B”, “C”. La base 2 dunque presenta una guida 2a (in forma di una scanalatura o di una rotaia) scorrevolmente vincolata al carrello 8 per consentirne il movimento lungo la direzione di regolazione “B”, “C”.

I mezzi di regolazione 6, 7 sono appunto configurati per movimentare la posizione dell’anello 3 rispetto alla base 2 lungo almeno una direzione di regolazione “B”, “C” trasversale all’asse centrale “A” dell’apertura 4, al fine di regolare la posizione dell’anello 3 in funzione delle deformazioni del rullo 106, 114.

Più precisamente, dunque, i mezzi di regolazione 6, 7 sono operativamente interposti almeno tra la base 2 ed il carrello 8.

Si noti che tali mezzi di regolazione 6, 7 sono accessibili meccanicamente e/o elettronicamente dall’esterno dell’elemento 1 al fine di consentire una regolazione in linea della posizione dell’anello 3.

Vantaggiosamente, grazie alla suddivisione dell’elemento 1 in almeno due porzioni distinte, amovibilmente connesse tra loro, ed all’intervento dei mezzi di regolazione 6, 7, è possibile per l’operatore valutare la posizione e l'orientazione del rullo 106, 114, potendo agire direttamente sull’elemento di supporto 1 per modificarla senza interrompere l’avanzamento del materiale in fibra “F”.

Ciò chiaramente permette di guadagnare notevolmente sia in termini di tempo (un giorno per la regolazione della linea contro almeno una settimana con i sistemi dell’arte nota) che di materiale “sprecato” (potendo agire direttamente in linea).

Dunque, in tal modo per l’operatore risulta semplice e rapida la procedura di ottimizzazione della posizione del rullo 106, 114.

Nei forni di ossidazione 100 (Figura 1a), tale specifica conformazione degli elementi 1 consente dunque di adattare la quota del punto di “appoggio” del rullo sia in funzione delle deformazioni termiche (del rullo 106 stesso o della struttura 101) che delle imperfezioni nell’appoggio della struttura, dunque perfettamente compensabili.

Nei forni di carbonizzazione (Figura 1 b), gli elementi di sostegno 1 secondo la presente invenzione sono particolarmente utili in corrispondenza del rullo 114 terminale dell’organo di avanzamento 113, il quale è affacciato alla fornace 104a.

Vantaggiosamente, infatti, la presenza di un elemento di sostegno 1 che permetta il movimento verticale (lungo un’unica direzione è sufficiente) del rullo 114 consente una precisa regolazione della quota di ingresso del materiale in fibra nella fornace 104a.

Analoghe considerazioni possono peraltro essere fatte per tutte le stazioni di finitura 107, in cui la possibilità di regolare la posizione del cuscinetto/rullo consente di compensare deformazioni dovute alle lavorazioni, disallineamenti dovuti alla non planarità di piano d’appoggio o della struttura di sostegno (specie se non lavorata), o di variare la tensione del materiale in funzione del tipo di materiale e di lavorazione.

A tale riguardo, si segnala che in figura 8 è illustrata una forma di realizzazione di tale elemento di sostegno 1, preferibilmente integrata in un telaio 101 e provvista di detti mezzi di regolazione 6 verticali.

Peraltro, grazie all’elemento di sostegno 1 secondo la presente invenzione egli può limitarsi ad avviare la linea (dunque azionando il rullo 106, 114) per consentire l’avanzamento del materiale il fibra “F”, monitorando l'inclinazione del rullo 106, 114 al variare della temperatura (ad esempio visualizzando lo spostamento trasversale della fibra) ed azionando i mezzi di regolazione 6, 7 per variare la posizione dell’elemento di sostegno 1, il tutto durante l’avanzamento di detto materiale in fibra “F” e senza arrestare l’impianto.

Preferibilmente, nelle forme realizzative illustrate in maggiore dettaglio, l’elemento di sostegno 1 comprende primi 6 e secondi mezzi di regolazione 7 configurati per movimentare la posizione dell’anello 3 rispetto alla base 2 lungo almeno una prima “B” ed una seconda direzione di regolazione “C”, tra loro sostanzialmente ortogonali ed entrambe traversali (preferibilmente ortogonali) all’asse centrale “A” dell’apertura 4, al fine di regolare la posizione dell’anello 3 in tutto il piano parallelo alla direzione di avanzamento del materiale in fibra “F”.

Ciò risulta particolarmente vantaggioso nei forni di ossidazione, in cui la regolazione della posizione dei rulli 106 può essere necessaria su almeno due assi.

Preferibilmente, dunque, il carrello 8 è scorrevolmente associato alla base 2 per muoversi, rispetto ad essa, lungo la prima direzione di regolazione “B” e l’anello 3, a sua volta, è scorrevolmente vincolato a al carrello 8 per muoversi, rispetto ad esso, lungo la seconda direzione di regolazione “C”. Dunque, i primi mezzi di regolazione 6 sono operativamente interposti tra la base 2 ed il carrello 8, mentre i secondi mezzi di regolazione 7 sono operativamente interposti tra detto carrello 8 e l’anello 3.

Preferibilmente, i mezzi di regolazione 6, 7 sono del tipo a vite.

Più precisamente, I mezzi di regolazione (primi 6 e/o secondi 7) comprendono almeno una vite 6a, 7a sviluppatesi lungo la rispettiva prima “B” o seconda direzione di regolazione, “C” e girevolmente accoppiata (mediante accoppiamento filettato), rispettivamente, alla base 2 e/o all’anello 3.

La vite 6a, 7a è inoltre girevolmente accoppiata al carrello 8.

Nella forma realizzativa illustrata, I mezzi di regolazione 6, 7 sono azionabili manualmente; preferibilmente, ciascuna vite 6a, 7a è solidalmente accoppiata ad un dado 6b, 7b di azionamento, selettivamente utilizzabile dall’operator per mettere in rotazione la vite 6a, 7a (e dunque movimentare l’anello 3).

Alternativamente, tuttavia, nello spirito della presente invenzione sono ricomprese anche soluzioni in cui i mezzi di regolazione siano automatizzati e/o di altra natura (es. motori elettrici, attuatori lineari, accoppiamenti a chiocciola, pignone-cremagliera, o altre tipologie di accoppiamenti noti e non).

Preferibilmente, inoltre, i mezzi di regolazione 6, 7 sono provvisti di almeno un corpo di bloccaggio 6c, 7c configurato per vincolare la posizione dell’anello 3 rispetto alla base 2 una volta individuata, dall’operatore, quella ottimale.

Nella forma realizzativa illustrata, il corpo di bloccaggio 6c, 7c è un dado di fermo girevolmente accoppiato con la vite 6a, 7a ed attestabile contro detto anello 3 o detto carrello 8 o detta base 2 per fissare la posizione ottenuta, lungo la rispettiva direzione di regolazione “B”, “C” manovrando la vite 6a, 7a.

Alternativamente, al fine di evitare un bloccaggio “debole” da parte dell’operatore, in talune forme di realizzazione il bloccaggio della posizione ottenuta lungo la direzione di regolazione “B”, “C” è realizzato progettando l’accoppiamento tra la vite 6a, 7a ed i corpi interessati (base 2, carrello 8, anello 3) in modo opportuno.

Più precisamente, viene utilizzato un filetto grossolano, poco scorrevole, così che (dati i carici in gioco) una volta ottenuta la posizione, la stessa non possa modificarsi a meno di un’apposita e volontaria azione da parte dell’operatore.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l’elemento di sostegno comprende un setto di protezione 9 vincolato solidalmente all’anello 3, superiormente a detta apertura 4 (almeno in condizione di utilizzo) ed aggettante dallo stesso lungo detto asse centrale “A”.

Vantaggiosamente, in tal modo l’estremità 106a del rullo 106, 114 accoppiata all’anello 3, girevole, è protetta da un elemento (setto 9) fisso, sul quale eventuale materiale “F” che dovesse spostarsi lateralmente verso l’estremità 106a stessa potrebbe scorrere ravvolgimenti delle fibre di materiale sull’estremità stessa.

Vantaggiosamente, in tal modo è risolto con semplicità uno dei problemi che, attualmente, comportano notevoli ritardi nella produzione e, talvolta, ingenti danni alla struttura.

Preferibilmente, il setto di protezione 9 comprende una porzione almeno parzialmente tubolare 10 avvolta attorno a detta apertura 4 ed aggettante dall’anello 3 lungo detto asse centrale “A”.

Nella forma realizzativa illustrata, la porzione 10 è completamente tubolare, coassiale all’apertura 4, e circonda completamente l’estremità 106a del rullo 106, 114.

L’invenzione raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi. Infatti, l’utilizzo di elementi di sostegno suddivisi in più parti amovibilmente connesse tra loro e la cui posizione relativa è regolabile in maniera sostanzialmente diretta permette di ovviare ai numerosi inconvenienti della tecnica nota, consentendo di ottimizzare da numerosi punti di vista la fase di settaggio della linea.

Inoltre, la predisposizione di un setto che protegga ed isoli la porzione di estremità del rullo (girevole) dal materiale in fibra (traslante), evita che avvolgimenti dello stesso attorno al rullo possano creare intoppi e danni alla struttura.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Elemento di sostegno per un rullo di avanzamento di materiale in fibra, preferibilmente fibra di precursore, utilizzabile in una linea di ossidazione o carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio; detto elemento di sostegno (1) comprendendo: - una base (2) provvista di mezzi di vincolo con una struttura o telaio di detta linea (100, 104); - un anello (3) di supporto accoppiato con detta base (2) e presentante almeno un’apertura (4) passante per l’accoglimento di un’estremità di detto rullo (106, 114) di avanzamento; caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione (6, 7) operativamente interposti tra detta base (2) e detto anello (3) e configurati per movimentare la posizione dell’anello (3) rispetto alla base (2) lungo almeno una direzione di regolazione (B, C) trasversale ad un asse centrale (A) di detta apertura (4), al fine di regolare la posizione dell’anello (3) in funzione delle deformazioni del rullo (106, 114) e/o della struttura o telaio di supporto del rullo (106, 114).
2. Elemento di sostegno secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere primi (6) e secondi mezzi di regolazione (7) configurati per movimentare la posizione dell’anello (3) rispetto alla base (2) lungo almeno una prima (B) ed una seconda direzione di regolazione (C), tra loro sostanzialmente ortogonali ed entrambe trasversali a detto asse centrale (A) dell’apertura (4), al fine di regolare la posizione dell’anello (3) in tutto il piano parallelo alla direzione di avanzamento del materiale in fibra (F).
3. Elemento di sostegno secondo la rivendicazione 1 o la 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un carrello (8) collegato all’anello (3) e scorrevolmente associato alla base (2) per muoversi, rispetto ad essa, lungo detta prima direzione di regolazione (B).
4. Elemento di sostegno secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto anello (3) è scorrevolmente vincolato a detto carrello (8) per muoversi, rispetto ad esso, lungo detta seconda direzione di regolazione (C).
5. Elemento di sostegno secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di regolazione (6) sono operativamente interposti tra la base (2) ed il carrello (8), mentre i secondi mezzi di regolazione (7) sono operativamente interposti tra detto carrello (8) e l’anello (3).
6. Elemento di sostegno secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di regolazione (6, 7) sono accessibili meccanicamente e/o elettronicamente dall’esterno dell’elemento di sostegno (1) stesso al fine di consentire una regolazione in linea della posizione dell’anello (3).
7. Elemento di sostegno secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di regolazione (6, 7) comprendono almeno una vite (6a, 7a) sviluppatesi rispettivamente lungo la rispettiva direzione di regolazione (B, C) e girevolmente accoppiata, rispettivamente, almeno alla base (2) e/o all’anello (3).
8. Elemento di sostegno secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di regolazione (6, 7) sono provvisti di almeno un corpo di bloccaggio (6c, 7c) configurato per vincolare la posizione dell’anello (3) rispetto alla base (2).
9. Elemento di sostegno secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere uno snodo sferico (5) inserito in detta apertura (4), accoppiato con detta estremità (106a) del rullo (106, 114) e configurato per variare la propria angolazione in funzione della deformazione o inclinazione del rullo (106, 114).
10. Elemento di sostegno secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un setto di protezione (9) vincolato solidalmente all’anello (3) superiormente a detta apertura (4) ed aggettante dallo stesso lungo detto asse centrale (A) per proteggere l’estremità (106a) del rullo (106, 114) prevenendo eventuali avvolgimenti delle fibre di materiale (F).
11. Elemento di sostegno secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto setto di protezione (9) comprende una porzione almeno parzialmente tubolare (10) avvolta attorno a detta apertura ed aggettante dall’anello (3) lungo detto asse centrale (A).
12. Organo di avanzamento di materiale in fibra per una linea di ossidazione o carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio, comprendente: - una struttura di sostegno (101) provvista di almeno una coppia di montanti (101a) e/o di una traversa (101 b) ; - almeno un rullo di avanzamento (106, 114) sviluppantesi lungo una propria direzione principale (A), sostanzialmente orizzontale, tra due estremità (106a); - una coppia di elementi di sostegno (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti girevolmente associati ciascuno ad un’estremità (106a) di detto rullo (106, 114) ed aventi base (2) vincolata ad un montante (101 a) o alla traversa (101 b) di detta struttura di sostegno (101).
13. Organo di avanzamento secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di rulli (106, 114) di avanzamento tra loro incolonnati ed una corrispondente pluralità di elementi di sostegno (1).
14. Organo di avanzamento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che almeno due rulli (106, 114) di estremità di ciascun organo (102, 113) sono motorizzati.
15. Linea di carbonizzazione per la produzione di fibre di carbonio, comprendente una pluralità di organi di avanzamento (102, 113) secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 12 alla 14 disposti in successione lungo una direzione di sviluppo principale della linea, preferibilmente orizzontale, e mezzi di riscaldamento (103) interposti tra due organi di avanzamento (102, 113) successivi.
16. Metodo di regolazione dell'inclinazione di un rullo (106) di avanzamento per materiale in fibra sostenuto da un elemento di sostegno (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 1 alla 11, comprendente le fasi di: - azionamento del rullo (106, 114) per consentire l’avanzamento del materiale il fibra; - monitoraggio deH’inclinazione del rullo (106, 114) al variare della temperatura; - azionamento di detti mezzi di regolazione (6, 7) per variare la posizione dell’elemento di sostegno (1) durante l’avanzamento di detto materiale in fibra.