Regolazione del ballerino per tendifilo dinamici in svolgitori a forza di trazione controllata
Ratio-Drive^® Gli azionamenti rapidi ottimizzano il controllo del ballerino 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 giusta tecnologia di svolgimento è fondamentale per poter produrre i prodotti con la qualità richiesta. Se anche solo un filo nel tessuto ha una pretensione troppo bassa, questo si affloscia e, nel peggiore dei casi, 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 da punti di attrito vengono utilizzate soprattutto per i normali "fili di tessuto", 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 di acciaio, vengono invece utilizzati controlli del ballerino.

Cos'è un controllo del ballerino?
Nei processi di avvolgimento e svolgimento nelle macchine tessili, è necessario impedire la rottura della fibra o del nastro durante la fase di svolgimento o avvolgimento. A tale scopo, viene utilizzato un rullo di rinvio mobile verticalmente, il cosiddetto ballerino. Questo regola la pretensione del materiale di avvolgimento. La forza di trazione per la tensione del filo deve essere sempre costante. Questo indipendentemente dai diversi diametri delle bobine, dalla velocità di svolgimento, da eventuali irregolarità del materiale e da altri parametri.

Nei cantre bobine, il filo viene trasportato dagli azionamenti del motore dallo svolgitore, tramite un rullo di rinvio simile al principio di un paranco, alla macchina. Il controllo del ballerino regola la forza di trazione del filo e la velocità dei motori. Il materiale di avvolgimento viene guidato tramite il ballerino, che applica una forza predefinita. Nelle soluzioni convenzionali per stazioni bobina, si lavora al "paranco" applicando diversi pesi per controllare la forza di trazione del filo. Tramite movimenti verso l'alto e verso il basso, vengono compensate le variazioni della pretensione. Questo processo si chiama ballare.

Il problema della precedente regolazione meccanica del ballerino è la sostituzione manuale dei pesi per impostare la pretensione. Diverse tensioni di trazione richiedono diverse masse tramite la sostituzione dei pesi.
Questo significa: aprire la macchina, sostituire il peso di conseguenza, chiudere la macchina, avviare. Più massa significa più tensione e viceversa. Se l'applicazione richiede un'elevata dinamica a causa di rapide accelerazioni e frenate, questi cantre bobine regolati tramite pesi spesso non sono più sufficienti. Questa sostituzione manuale richiede molto tempo. Ma anche la precisione delle regolazioni della forza di trazione lascia a desiderare. Una regolazione ottimizzata del ballerino 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 regolato elettricamente in modo diretto o una regolazione elettroidraulica del ballerino. I tendifilo rapidi regolati elettricamente possono adattare la pretensione del filo con piccoli motori direttamente con il momento motore al diametro della bobina con una massa mobile ridotta. Soprattutto nelle macchine con molte bobine, questa soluzione consente un'alternativa economica alla tensione del filo a forza controllata dello svolgitore. Grazie alla capacità di riavvolgere anche lunghi tratti di filo, l'impiego è ideale, ad esempio, negli impianti di posa di nastri.

Un'altra possibilità per impostare la tensione del filo, soprattutto nel campo di forze di tensione più elevate, è il controllo idraulico del ballerino con pretensione tramite cilindri idraulici per la regolazione di forza e corsa.

Per fili robusti, la regolazione idraulica del ballerino può essere ottimizzata tramite l'impiego di ulteriori rulli di prelievo regolati in velocità per ottenere una maggiore area di riavvolgimento del filo. A tale scopo, tra il cilindro e il rullo di materiale viene installato un rullo di prelievo regolato in velocità, che garantisce che il rullo di materiale non si blocchi. Grazie agli attuatori collegati in rete nel circuito di regolazione – cilindro e motore di prelievo – in coordinamento con il motore del rullo di materiale, è possibile compensare in qualsiasi momento le fluttuazioni di tensione, il che impedisce il blocco del rullo 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 ballerino supportato idraulicamente sono la facilità d'uso e la sicurezza sul lavoro. Ciò che prima l'operatore della macchina doveva montare manualmente sulla macchina con un certo sforzo tramite pesi, ora può essere inserito in modo continuo su un display senza sforzo fisico e, inoltre, ottiene un risultato molto più preciso. In questo modo, i tempi di attrezzaggio si riducono o vengono completamente eliminati per l'utente finale. E soprattutto, l'affidabilità è aumentata grazie alla precisione dei valori misurati. Oltre alla grandezza di riferimento determinata tramite la cella di carico sul cilindro, vengono interrogati e inseriti nel processo anche i valori dei motori elettrici. Questi parametri sono molto significativi per la garanzia della qualità. In questo modo è possibile migliorare notevolmente la sicurezza del processo. Per l'utente finale sono interessanti anche i risparmi sui costi: mentre nelle soluzioni precedenti diverse centinaia di metri di filo sull'aspo venivano scartati all'avvio a causa dell'oscillazione del ballerino, questa perdita di filo si è ridotta di un terzo grazie al controllo idraulico. Infine, tutti i valori misurati e i dati emessi possono essere riutilizzati per la ricerca e lo sviluppo.

Definire le specifiche
Per la calibrazione della misurazione della forza sul materiale del filo, nella macchina precedente veniva applicato un peso direttamente sul filo davanti al rullo e la tensione del filo veniva letta sul display. In questo modo erano possibili errori nella velocità del filo, in particolare a causa delle bobine irregolari 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 ed è stata dimostrata tramite valori misurati e curve. Ciò porta in definitiva a valori molto più precisi, il che significa che in futuro si potranno evitare errori di misurazione.

Riconoscere le sfide
I requisiti di precisione per il controllo del ballerino si sono già rivelati una grande sfida nel corso dei 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 caso, si doveva prestare attenzione alle grandi forze in combinazione con l'elevata dinamica. La competenza pluridecennale per la combinazione di idraulica ed elettronica è stata la chiave del successo per l'azienda sveva. Ciò vale soprattutto perché nella stazione bobina vengono utilizzati tre sistemi di azionamento: due motori elettrici ciascuno sulle bobine e, naturalmente, il cilindro idraulico. Questi tre assi lavorano insieme e uno contro l'altro, il che rende complesso il controllo. Ad esempio, la bobina del filo deve applicare una coppia opposta costante in modo che la stazione bobina non trasferisca troppo filo con una tensione troppo bassa alla lavorazione.

Risolvere le sfide
Partendo dai parametri predefiniti, ovvero un sistema di azionamento della bobina del filo e un motore sincrono per il rullo di rinvio, Hänchen ha potuto presupporre una pressione del sistema idraulico 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 comprese tra 0 e 40 °C e un'umidità del 95%. Gli specialisti dell'idraulica hanno definito come attuatore un cilindro della serie Servofloat 320 con trasduttore di posizione. Con questa soluzione idraulica, tuttavia, è possibile realizzare 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