A Svolgitore rotativo funziona supportando un rotolo avvolto di materiale nastriforme su un albero o mandrino rotante, quindi controllando attivamente la velocità e la coppia frenante applicata a tale albero mentre il processo a valle estrae il materiale dal rotolo. Il principio fondamentale è il controllo continuo della tensione: man mano che il diametro del rotolo diminuisce durante lo svolgimento, la stessa velocità lineare del nastro richiede una coppia rotazionale progressivamente inferiore e il sistema di controllo dello svolgitore compensa automaticamente per mantenere una tensione del nastro stabile e costante per tutta la vita del rotolo. Yitong Environmental Technology descrive chiaramente questa funzione: uno svolgitore rotativo alimenta continuamente un rotolo di materiale in un processo a valle di conversione, stampa, rivestimento o laminazione a velocità e tensione controllate, ruotando il rotolo principale man mano che il materiale viene consumato e mantenendo un'alimentazione del nastro stabile senza interruzioni (Fonte: Yitong Environmental Technology, Cos'è uno svolgitore rotante). La precisione della tensione è importante perché una tensione incoerente provoca grinze, rotture, errori di registrazione e difetti di stampa la cui correzione richiede tempo e materiale.
Per capire come funziona uno svolgitore rotativo è utile capire il problema che deve risolvere. I processi di produzione basati su web, tra cui stampa, taglio, rivestimento, laminazione e conversione di imballaggi flessibili, richiedono tutti un flusso di materiale continuo e con tensione stabile che entra nella macchina a una velocità costante. La materia prima arriva sotto forma di rotolo avvolto e un rotolo avvolto presenta una sfida meccanica fondamentale: poiché il materiale viene consumato dall'esterno del rotolo verso l'interno, il diametro del rotolo diminuisce continuamente. A velocità dell'albero costante, un rullo di diametro inferiore produce meno nastro per giro. A tensione costante con un sistema frenante semplice, la tensione aumenta al diminuire del diametro perché la stessa coppia frenante ora agisce su un braccio di momento più piccolo.
Jota Machinery lo spiega direttamente: un supporto di svolgimento è molto più di un supporto meccanico; si tratta di un sistema accuratamente progettato per supportare rotoli jumbo pesanti, controllare la tensione quando il diametro del rotolo diminuisce e mantenere il nastro allineato quando entra nelle sezioni a valle, con una progettazione adeguata che previene grinze, rotture e bordi irregolari che costano ore di fermo macchina e costanza della consistenza del prodotto (Fonte: Jota Machinery, What Is an Unwind Stand). Uno svolgitore rotativo risolve questo problema di diametro decrescente attraverso un circuito di controllo con rilevamento del diametro, un sistema di feedback del rullo ballerino o un sistema di misurazione della tensione della cella di carico, ciascuno dei quali regola continuamente la coppia di svolgitura per compensare la variazione della geometria del rullo.
Uno svolgitore rotativo integra diversi sottosistemi meccanici e di controllo, ciascuno dei quali svolge una funzione specifica nella sequenza di movimentazione del nastro.
Il telaio principale fornisce la base strutturale che sostiene il peso del rotolo principale e resiste alle forze dinamiche generate durante la trazione, l'accelerazione e la decelerazione del nastro. Il supporto del rotolo assume una delle due forme principali: un design con albero in cui un albero del mandrino viene infilato attraverso l'anima del rotolo e bloccato in cuscinetti montati lateralmente, oppure un design senza albero in cui mandrini idraulici o meccanici si espandono nell'anima del rotolo da ciascuna estremità senza richiedere un albero a tutta lunghezza. Jota Machinery rileva che i sistemi a torretta senza albero vengono utilizzati per pellicole da imballaggio flessibili per garantire una movimentazione agevole di materiali estensibili, mentre i design basati su albero sono più comuni per applicazioni di pellicola rigida, carta e lamina in cui la ritenzione dell'anima è meno problematica (Fonte: Jota Machinery, What Is an Unwind Stand). I rotoli principali di carta possono pesare diverse tonnellate e superare i 2.500 mm di diametro, richiedendo una struttura del telaio per carichi pesanti e un controllo della tensione a coppia elevata per essere maneggiati in sicurezza (Fonte: Yitong Environmental Technology, What Is a Svolgitore rotativo).
Il sistema di frenatura o di azionamento è ciò che controlla fisicamente la rotazione dell'albero del rullo in risposta alla trazione del nastro applicata dalla macchina a valle. Vengono utilizzate tre principali tecnologie di attuazione.
Nei sistemi frenanti pneumatici, la pressione dell'aria applicata a un freno a disco o a tamburo sull'albero di svolgimento crea la coppia frenante che resiste alla trazione del processo a valle. Un approccio meccanico di base utilizza componenti pneumatici o molle per bilanciare la forza di un ballerino rotante o di un festone di nastro rotante contro un freno sull'albero di svolgimento, come descritto da Label and Narrow Web in una panoramica tecnica delle configurazioni delle apparecchiature di conversione (Fonte: Label and Narrow Web, Rewinds, Unwinds and Splicers). La pressione dell'aria viene modulata in tempo reale dal regolatore di tensione per compensare la diminuzione del diametro del rotolo.
Nei sistemi frenanti a polvere magnetica, la corrente elettrica attraverso un giunto riempito di polvere genera la coppia frenante, con una coppia erogata proporzionale alla corrente applicata. Ciò consente una modulazione della coppia molto fluida ed elettronicamente precisa senza gli effetti di isteresi che possono influenzare i freni meccanici.
Nelle configurazioni di svolgitore azionato, un motore rigenerativo controlla attivamente la velocità dell'albero anziché limitarsi ad applicare la resistenza di frenatura. Ciò consente allo svolgitore di gestire rotoli di grande diametro ad alta inerzia in modo più preciso durante l'accelerazione e la decelerazione e di partecipare al controllo della tensione variando la velocità del motore in risposta alla posizione del ballerino o ai segnali di feedback della cella di carico.
Il rullo ballerino è il componente che mantiene più direttamente il controllo continuo della tensione tra lo svolgitore e il processo a valle. Un rullo ballerino è un rullo flottante che poggia sul nastro tra l'albero di svolgimento e il primo rullo di contatto fisso o guida a valle. Montalvo Corporation descrive il principio: tutti i controlli della tensione del ballerino hanno rulli folli o bracci precaricati per una direzione, e quando un nastro viene tirato su un rullo ballerino si muove in risposta a qualsiasi cambiamento nella sua posizione, con il movimento che riflette un cambiamento nella tensione del nastro, e un sensore monitora quella posizione per controllare il movimento dell'unità (Fonte: Montalvo Corporation, Dancer Roll Tension Control Basics).
Il rullo ballerino funge contemporaneamente da buffer meccanico e sensore. Quando il processo a valle tira più nastro di quello che lo svolgitore ne sta consegnando, il ballerino si abbassa e il sistema di controllo risponde riducendo la coppia frenante o aumentando la velocità del motore per ripristinare l'alimentazione. Quando l'offerta supera la domanda, il ballerino si alza e il sistema applica una maggiore frenata o riduce la velocità. Yitong Environmental Technology riferisce che i sistemi di celle di carico, in cui i trasduttori di forza misurano la tensione effettiva del nastro su un rullo fisso, raggiungono una precisione di controllo della tensione di più o meno dall'1 al 3% del setpoint in condizioni operative stabili (Fonte: Yitong Environmental Technology, Cos'è uno svolgitore rotativo).
Anche un rotolo ben avvolto mostrerà una certa oscillazione laterale del nastro mentre il rotolo si svolge a causa della variazione dei bordi, del telescopio del nucleo o dell'incoerenza della larghezza del materiale lungo la larghezza del rotolo. Un sistema di guida del nastro corregge questo problema rilevando la posizione del bordo del nastro o della linea centrale e riposizionando il supporto di svolgimento o un rullo direzionale per mantenere il nastro centrato mentre entra nel processo a valle. Senza la guida del nastro, la deriva laterale del nastro causerebbe un disallineamento nella registrazione di stampa, tagli di taglio irregolari e problemi di copertura del rivestimento su tutta la larghezza del nastro.
L'aspetto tecnicamente più impegnativo del funzionamento dello svolgitore rotativo è mantenere costante la tensione del nastro da un rotolo pieno a un'anima quasi vuota, poiché la geometria del rotolo cambia continuamente e con essa cambia la corretta coppia frenante.
La tensione del nastro espressa in Newton o libbre di forza è determinata dalla relazione tra la coppia frenante applicata all'albero di svolgimento e il raggio di avvolgimento corrente. Man mano che il diametro del rullo diminuisce, la stessa tensione del nastro richiede progressivamente una coppia frenante inferiore, seguendo la relazione: tensione uguale coppia divisa per raggio. Un sistema di controllo che mantiene costante la coppia frenante man mano che il diametro del rotolo diminuisce, sovratensionerà progressivamente il nastro, provocandone infine la rottura. Un sistema che riduce correttamente la coppia proporzionalmente al diminuire del diametro mantiene una tensione costante per tutta la vita del rotolo.
Il sistema di controllo deve conoscere il diametro attuale del rullo per calcolare il comando di coppia corretto in qualsiasi momento. Nella pratica vengono utilizzati tre approcci. I sensori di diametro a ultrasuoni o laser misurano il diametro del rotolo direttamente in tempo reale e trasmettono questo valore al regolatore di tensione. Il calcolo basato sul codificatore rotativo utilizza la relazione tra i giri dell'albero e la velocità del nastro, misurata su un rullo tachimetrico a valle, per calcolare matematicamente il diametro del rullo senza una misurazione diretta. L'integrazione della posizione del ballerino utilizza la cronologia delle posizioni del rullo ballerino nel tempo per tenere traccia del materiale consumato e dedurre il diametro corrente.
I riferimenti tecnici di controllo della tensione di Mitsubishi Electric li identificano come le principali categorie di metodi di controllo della tensione, classificandoli come rilevamento manuale del diametro della bobina a circuito aperto e feedback della tensione a circuito chiuso, con l'approccio del feedback a circuito chiuso che fornisce la migliore precisione per le applicazioni di conversione ad alta velocità (Fonte: Mitsubishi Electric, Factory Automation Tension Control Complete Guide).
Uno svolgitore rotativo non controlla la tensione dell'intera linea di produzione. Controlla la tensione nella zona di svolgimento, che Montalvo Corporation definisce come la zona tra l'azionamento di svolgimento e il primo azionamento principale a valle (Fonte: Montalvo Corporation, Dancer Roll Tension Control Basics). Le zone di lavorazione a valle e le zone di riavvolgimento hanno ciascuna i propri circuiti di controllo della tensione. Il compito dello svolgitore è quello di fornire un nastro con tensione costante che entri nella prima linea di contatto a valle, a quel punto il controllo della tensione passa al sistema di controllo della zona successiva.
Nelle operazioni di conversione di volumi elevati, l'arresto della linea di produzione ogni volta che si esaurisce un rotolo di materiale è una significativa fonte di sprechi e perdita di produttività. Riportare una macchina da stampa al registro e alla velocità dopo un arresto consuma materiale e tempo, e gli scarti generati durante il riavvio incidono direttamente sui costi di produzione. Un sistema di giunzione automatizzato sullo svolgitore rotativo elimina questi arresti unendo la coda del rotolo in scadenza al bordo anteriore di un nuovo rotolo mentre la linea continua a funzionare alla velocità di produzione.
Paper, Film and Foil Converter descrive le migliori pratiche per questo processo: tracciare la posizione della giunzione dallo svolgimento all'avvolgitore mentre procede attraverso le fasi di conversione, impiegando una funzione di rilevamento dell'anima per ridurre al minimo il nastro residuo sul rotolo in scadenza, semplificando la preparazione della giunzione per garantire una posizione di giunzione coerente e utilizzando la tecnologia del rullo paster con un meccanismo di accensione elettromeccanico per ridurre al minimo il rimbalzo del paster e promuovere un contatto accurato con il rotolo del prodotto (Fonte: Paper Film and Foil Converter, Efficiency in Winding and Svolgimento). Se eseguita correttamente, una giunzione automatica è essenzialmente invisibile al processo a valle poiché il rullo ballerino assorbe il breve transitorio di tensione durante l'evento di giunzione.
Gli svolgitori rotanti compaiono ovunque un rotolo di materiale avvolto costituisce l'input di un processo di produzione continuo.
L'adattamento delle specifiche di uno svolgitore rotativo ai requisiti dell'applicazione determina se fornirà un funzionamento coerente e senza problemi o diventerà una fonte di continua variabilità della tensione e tempi di inattività.
| Specifica | Cosa determina | Gamma tipica |
| Diametro massimo del rotolo | Il rotolo più grande che il telaio può ospitare | Da 300 mm a 2.500 mm o più |
| Peso massimo del rotolo | Limite di carico strutturale del telaio e dei cuscinetti | Da 50 kg a diverse tonnellate |
| Larghezza massima del nastro | Rotolo più ampio accettato dall'albero e dal telaio | Da 50 mm a 3.500 mm o più |
| Intervallo di controllo della tensione | Tensione minima e massima che il sistema può mantenere stabilmente | Dipendente dall'applicazione |
| Velocità massima della linea | La velocità del nastro più elevata che il controllo della tensione può monitorare con precisione | Fino a 600m/min per linee ad alta velocità |
| Metodo di controllo della tensione | Come viene misurato e controllato il feedback della tensione | Ballerino, cella di carico o basato sul diametro |
L'Ytinte Svolgitore rotativo è progettato per soddisfare l'intera gamma di questi requisiti specifici per applicazioni su carta, pellicola, lamina e tessuto non tessuto, combinando un controllo preciso della tensione con una struttura robusta del telaio e una guida del nastro per fornire un'alimentazione del nastro coerente e stabile nei processi di conversione e stampa a valle.
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