Controllo del danzatore per tendifilo dinamici in svolgitore a controllo di forza di trazione
Ratio-Drive^® Azionamenti veloci ottimizzano il controllo del danzatore nelle macchine tessili

Nelle macchine tessili come macchine per treccia e tessitura, macchine avvolgitrici o di stesura, il materiale da svolgere viene posto sotto tensione per la lavorazione. Il materiale di avvolgimento può essere costituito da fibre, fili, spago, nastri e altri materiali. È importante che questi siano disposti uniformemente nel prodotto finale. Lo svolgimento avviene dal cosiddetto cantra, un telaio in cui si trovano le bobine con il materiale avvolto.

La scelta della corretta tecnologia di svolgimento è fondamentale per poter produrre i prodotti con la qualità richiesta. Se anche un solo filo nel tessuto presenta una pretensione troppo bassa, questo si allenta e, in caso di problemi, rende inutilizzabile l'intero tessuto. La prevenzione di tali errori avviene convenzionalmente frenando il piatto della bobina. Questo avviene, ad esempio, meccanicamente, con freni magnetici o anche pneumaticamente. Tali pretensioni basate sull'attrito sono utilizzate principalmente per i normali "fili tessili", poiché questi fili hanno un coefficiente di allungamento più elevato. Per fili come aramide, poliestere, poliammide, polietilene e fili ad alta rigidità come carbonio, basalto o filo d'acciaio, sono invece impiegati i controlli a danzatore.

Che cos'è un controllo a danzatore?
Nei processi di avvolgimento e svolgimento nelle macchine tessili, deve essere impedita la rottura della fibra o del nastro durante la fase di svolgimento o avvolgimento. A tal fine, viene utilizzato un rullo di rinvio liberamente mobile verticalmente, il cosiddetto danzatore. Questo regola la pretensione del materiale da avvolgere. La forza di trazione per la tensione del filo deve essere sempre costante. Questo è indipendente da diversi diametri delle bobine, dalla velocità di svolgimento, da eventuali irregolarità del materiale e da altri parametri.

Nei telai portabobine, il filo viene trasportato dagli avvolgitori alla macchina tramite motori di azionamento e una puleggia di rinvio, simile al principio di un paranco. Il controllo del danzatore regola la forza di trazione del filo e la velocità dei motori. Il materiale di avvolgimento viene guidato attraverso il danzatore, che applica una forza predefinita. Nelle soluzioni convenzionali per stazioni di avvolgimento, si opera sul 'paranco' applicando pesi diversi per controllare la forza di trazione del filo. Mediante movimenti verso l'alto e verso il basso, vengono compensate le variazioni della pre-tensione. Questo processo è chiamato 'danzare'.

Il problema del precedente controllo meccanico del danzatore è la sostituzione manuale dei pesi per la regolazione della pretensione. Diverse tensioni di trazione richiedono diverse masse tramite la sostituzione dei pesi.
Ciò significa: aprire la macchina, sostituire il peso di conseguenza, chiudere la macchina, avviare. Una massa aggiuntiva significa maggiore tensione e viceversa. Se l'applicazione richiede un'elevata dinamica a causa di rapide accelerazioni e frenate, questi portabobine regolati tramite pesi spesso non sono più sufficienti. Questa sostituzione manuale comporta un notevole dispendio di tempo. Inoltre, la precisione delle regolazioni della forza di trazione lascia a desiderare. Un controllo del danzatore ottimizzato offre una soluzione.

Hänchen offre due soluzioni tecniche
Per controllare la pretensione del filo in modo più flessibile e preciso, Hänchen offre due possibilità: un tendifilo elettricamente regolato direttamente o un controllo del danzatore elettroidraulico. I tendifilo veloci a regolazione elettrica possono adattare la pretensione del filo direttamente al diametro della bobina con piccoli motori e una massa in movimento ridotta, tramite la coppia del motore. In particolare, per le macchine con molte bobine, questa soluzione offre un'alternativa economica alla tensione del filo regolata dalla forza di trazione dello svolgitore. Grazie alla capacità di riavvolgere anche lunghi tratti di filo, l'utilizzo è ideale, ad esempio, negli impianti di posa nastro.

Un'altra possibilità per regolare la tensione del filo, in particolare nell'ambito di forze di tensione più elevate, è il controllo del danzatore idraulico con pre-tensione tramite cilindri idraulici per la regolazione di forza e corsa.

Per fili robusti, il controllo del danzatore idraulico può essere ottimizzato mediante l'uso di ulteriori rulli di traino a velocità controllata, al fine di ottenere un maggiore campo di retrazione del filo. A tal fine, tra il cilindro e la bobina di materiale viene installato un rullo di traino a velocità controllata, che impedisce il blocco della bobina di materiale. Grazie agli attuatori interconnessi nel circuito di regolazione – cilindro e motore di traino – in coordinamento con il motore della bobina di materiale, le fluttuazioni di tensione possono essere compensate in qualsiasi momento, prevenendo il blocco della bobina di materiale e quindi la rottura del filo.

La forza che finora veniva applicata manualmente come peso per la tensione del filo, ora può essere impostata facilmente dall'operatore della macchina sul sistema. Questo consente una migliore reazione mirata se viene diagnosticato un errore durante il monitoraggio della tensione del filo. Qui sono possibili valori arbitrari tra 4.000 cN e 55.000 cN. E il cilindro svolge il lavoro in modo rapido e dinamico grazie al suo tempo di reazione fino a 20 ms a 50 Hz.

Vantaggi della soluzione idraulica
I maggiori vantaggi di questo controllo del danzatore supportato idraulicamente sono la facilità d'uso e la sicurezza sul lavoro. Ciò che l'operatore della macchina doveva finora montare manualmente con notevole sforzo in termini di pesi, ora può inserirlo in modo continuo su un display senza sforzo fisico e ottiene anche un risultato significativamente più preciso. Per l'utente finale, i tempi di riattrezzaggio si riducono o vengono completamente eliminati. E soprattutto, l'affidabilità è aumentata grazie alla precisione dei valori misurati. Oltre al valore di riferimento determinato tramite la cella di carico sul cilindro, vengono acquisiti anche i valori dei motori elettrici e integrati nel processo. Per la garanzia della qualità, questi parametri sono molto significativi. In questo modo, la sicurezza di processo può essere notevolmente migliorata. Per l'utente finale sono interessanti anche i risparmi sui costi: mentre nelle soluzioni precedenti diverse centinaia di metri di filo sullo svolgitore diventavano scarto all'avvio a causa dell'oscillazione del danzatore, questa perdita di filo si è ridotta di un terzo grazie alla regolazione idraulica. E non da ultimo, tutti i valori misurati e i dati generati possono essere ulteriormente utilizzati per la ricerca e lo sviluppo.

Definire le specifiche
Per la calibrazione della misurazione della forza sul materiale del filo, nella macchina precedente è stato applicato un peso direttamente sul filo prima del rullo e la tensione del filo è stata letta sul display. Ciò rendeva possibili errori nella velocità del filo, in particolare a causa delle bobine non rotonde e della struttura grossolana del filo. Hänchen ha determinato la tensione del filo per una soluzione con cilindri idraulici tramite tre trasduttori di forza calibrati per filo sui rulli di rinvio. Con la soluzione Hänchen è possibile una tensione della bobina con una larghezza di banda di 1.500 cN, come dimostrato da valori misurati e curve. Ciò porta in definitiva a valori molto più precisi, con i quali gli errori di misurazione potranno essere evitati in futuro.

Riconoscere le sfide
I requisiti di precisione per il controllo del danzatore si sono rivelati una grande sfida già durante i test. Soprattutto a causa della larghezza di banda della tensione di trazione specificata dal cliente. La posizione dei rulli di rinvio e la posizione del filo o dei fili multipli, nonché la loro natura – rotonda o piatta – hanno rappresentato ulteriori sfide. In questo contesto, era necessario considerare le grandi forze in combinazione con un'elevata dinamica. L'elevata competenza decennale nella combinazione di idraulica ed elettronica è stata la chiave del successo per l'azienda sveva. Ciò è particolarmente vero poiché nella stazione di bobinatura vengono utilizzati tre sistemi di azionamento: due motori elettrici, ciascuno sulle bobine – e naturalmente il cilindro idraulico. Questi tre assi lavorano insieme e l'uno contro l'altro, il che rende il controllo complesso. Così, la bobina del filo deve applicare un contromomento costante affinché la stazione di bobinatura non trasferisca troppo filo con troppa poca tensione alla lavorazione.

Risolvere le sfide
Partendo dai parametri predefiniti, ovvero un azionamento della bobina del filo e un motore sincrono per il rullo di rinvio, Hänchen ha potuto ipotizzare una pressione idraulica del sistema di 250 bar, una forza peso statica sul cilindro di oltre 5 kN e una dinamica di circa 4,5 kN. Le condizioni ambientali sono temperature da 0 a 40 °C e un'umidità del 95%. Come attuatore, gli specialisti dell'idraulica hanno definito un cilindro della serie Servofloat 320 con trasduttore di posizione. Con questa soluzione idraulica, tuttavia, sono realizzabili anche impianti con forze molto maggiori.

Un progetto entusiasmante per gli specialisti di idraulica di Hänchen. Infatti, Herbert Hänchen GmbH, oltre alla progettazione e alla produzione di prodotti idraulici, si occupa anche della consulenza, dell'ingegneria e della realizzazione di complete soluzioni di azionamento, superando i confini tecnologici.

Jörg Beyer, mediaword
© Hänchen 2020