IT8909565A1 - Metodo per compensare la flessione di una lama patinatrice e lama patinatrice a flessione compensata - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo "METODO PER COMPENSARE LA FLESSIONE DI UNA LAMA PATINATRICE E LAMA PATINATRICE A FLESSIONE COMPENSATA" a

RIASSUNTO

L'invenzione riguarda un metodo per patinare vun nastro di materiale in movimento e raschiare un elemento di riscontro (5), nonch? una lama patinatrice ("doctor") (1) a flessione compensata. Secondo questo metodo, la flessione della lama patinatrice viene compensata determinandone dapprima la flessione e poi predisponendo delle forze appositamente selezionate da esercitarsi su di essa in modo da ottenere per mezzo di queste forze delle deformazioni della lama di grandezza uguale ma direzione opposta rispetto a quelle prodotte dal carico sulla lama (1) medesima. In questo modo si ottiene l'annullamento della flessione (11) risultante. Le forze sono previste in modo da essere esercitate ad una prefissata distanza (RV) dai punti di supporto girevole della lama (1) e ad una prefissata distanza (RV) dall'asse di rotazione (3) della lama patinatrice.

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un metodo secondo il preambolo della rivendicazione 1 per la compensazione della flessione di una lama patinatrice ("doctor") .

L'invenzione riguarda anche una lama patinatrice a flessione compensata.

Un nastro di carta e materiali similari manipolati sottoforma di fogli viene patinato versando su di esso una miscela di patinatura che viene poi distribuita secondo una strato uniforme sulla superficie del nastro con l'aiuto di una lama patinatrice. Nelle unit? di patinatura il nastro di materiale da patinare passa tra la lama patinatrice e un adeguato elemento di contrasto, che usualmente ? un rullo rotante. La lama rimuove la miscela di patinatura in eccesso dal nastro e livella la patina sul nastro secondo uno strato uniforme. Per ottenere uno strato pi? uniforme possibile, la distanza tra il nastro e la lama dovrebbe essere costante nella direzione trasversale al nastro per l'intera larghezza. La pressione applicata per premere la lama contro il nastro dovrebbe essere elevata e costante per l'intera lunghezza della lama allo scopo di ottenere una distribuzione uniforme della miscela di patinatura sul nastro anche ad elevate velocit? di esso.

Per diverse ragioni, la distanza tra il nastro di materiale e la lama patinatrice non pu? essere mantenuta esattamente costante. Durante la sua produzione, la lama patinatrice e la sua montatura sono fissate alla base della macchina utensile con robusti morsetti in una posizione simulante la loro posizione operativa. Poi la montatura della lama patinatrice ? sottoposta alle stesse forze, approssimativamente, di quelle esercitate su di essa dal suo peso da solo nella sua posizione operativa. Nonostante l'esatto piazzamento dei morsetti, si sviluppano delle flessioni durante la fabbricazione della lama patinatrice e della sua montatura che provocano degli errori di parallelismo tra la superficie del nastro e il bordo della lama. Quando la lama dell'unit? di patinatura viene premuta contro il nastro in movimento, la lama viene ad essere caricata con una forza lineare. Per effetto del supporto girevole della montatura della lama dovuto ai cuscinetti montati ad entrambe le estremit? di tale montatura, la flessione indotta dal carico lineare al centro della lama sar? maggiore di quella alle estremit? supportate, per cui la spaziatura della lama dal nastro sar? pi? piccola ai bordi del nastro che al centro. Poich? la forza lineare esercitata dalla lama sul nastro o sulla superficie del controrullo ? minore a met? che non alle estremit?, qualsiasi asperit? sul nastro cos? come variazioni della densit? e viscosit? della miscela di patinatura possono allontanare la lama dal nastro.

Per limitare i suddetti inconvenienti, sono state proposte parecchie differenti soluzioni per l'attacco della lama patinatrice. Nelle realizzazioni note, si ? cercato di avere un carico omogeneo della lama sull'intera larghezza del nastro per mezzo di una lama flessibile e di un elemento di sostegno della lama regolabile. In queste realizzazioni la lama ? applicata al suo sostegno in modo che essa pu? essere premuta contro il nastro per mezzo di un elemento flessibile, ad esempio un manicotto in gomma riempito pneumaticamente o idraulicamente, che si estende intorno all'intera lunghezza della lama. Per effetto della uniforme distribuzione della pressione lungo il manicotto, la lama viene premuta contro il nastro con una forza lineare costante per tutta la larghezza di esso, la pressione della lama contro il nastro pu? poi essere regolata variando la pressione nel manicotto. Questo tipo di realizzazioni usano spesso una lama patinatrice che ? divisa in pi? piccole sezioni nel verso della lunghezza. Il vantaggio di questa soluzione ? di avere una lama pi? flessibile capace di una migliore adattabilit? alla forma del nastro e del rullo.

Realizzazioni del tipo descritto sopra sono riportate ad esempio nelle pubblicazioni di brevetto finlandesi n?842626, n?57290, e statunitensi n?3748686 e 4367120.

Le soluzioni descritte presentano parecchi svantaggi. A causa della limitata capacit? di deformazione dell'elemento di supporto flessibile, questa soluzione non ? in grado di compensare grosse variazioni di spaziatura tra lama e nastro, cos? come grosse variazioni di carico sulla lama. L'intervallo di regolazione del carico della lama rimane ristretto e se si desidera una maggiore velocit? di patinatura, la lama deve essere premuta contro il nastro con un elemento attuatore applicato alla lama medesima. Un maggior carico sulla lama comporta una maggiore rigidezza dell'elemento di sostegno della lama medesima, per cui quest'ultima riduce la propria capacit? di adattarsi alla superficie del nastro nel modo voluto. La montatura della lama patinatrice deve essere realizzata estremamente rigida in modo da rendere possibile la compressione della lama flessibile contro il nastro. Una lama formata da una pluralit? di sezioni ristrette disposte a pettine non ? compatibile con tutti i tipi di patinatura. Se si vuole una patina levigata, si deve usare una lama continua che si estende sull'intera larghezza del nastro, poich? una lama a pettine avrebbe l'effetto di lasciar passare la miscela di patinatura in eccesso tra le fessure della lama con conseguente formazione di striature sulla patina. Le costruzioni basate su supporti di lama flessibili e regolabili sono complicate: la sostituzione della lama nei suoi sostegni ? scomoda e gli elementi flessibili possono rompersi durante la sostituzione della lama. Il sostegno della lama deve essere previsto di struttura grande e pesante.

Lo scopo della presente invenzione ? di fornire un nuovo metodo per la compensazione della flessione di una lama patinatrice. Una lama patinatrice a flessione compensata pu? essere ottenuta applicando il metodo secondo la presente invenzione. Inoltre l'invenzione ha lo scopo di fornire una lama patinatrice di struttura tale da operare anche come lama raschiatrice per la pulitura di un tamburo o cilindro essiccatore.

L'invenzione si basa sul fatto di fornire una deformazione compensante della lama che agisce in antagonismo alla deformazione della lama medesima causata dal carico sulla lama, per mezzo di un elemento attuatore disposto in una posizione spaziata rispetto all'asse di rotazione.

Pi? in particolare, l'apparecchiatura secondo la presente invenzione ? caratterizzata da quanto ? esposto nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Inoltre la lama patinatrice secondo la presente invenzione ? caratterizzata da quanto esposto nella parte caratterizzante della rivendicazione 4.

Lo scopo della presente invenzione ? di fornire una struttura di lama patinatrice in cui la lama si mantiene parallela al nastro e al controrullo anche ad alti carichi sulla lama. L'aumento della velocit? di patinatura diventa quindi possibile, ottenendo una patinatura di alta qualit? con una variet? di differenti formulazioni per la miscela di patinatura. La struttura di lama patinatrice secondo la presente invenzione consente un facile controllo e un largo intervallo di regolazione della lama. Il carico sulla lama ? uniforme per l'intera lunghezza della lama medesima. Ci? comporta che la forza esercitata dalla lama sul controrullo o sul cilindro pu? essere ottimizzata - nei limiti dei materiali usati e della velocit? di patinatura - senza deviazioni da questo valore in qualsiasi punto lungo la lama. La lama patinatrice pu? in ogni caso essere montata girevolmente lungo l'asse del suo centro di gravit?, per cui la posizione dell?asse della lama diventa indipendente dalla posizione operativa della lama medesima e errori di forma della lama prodotti durante la sua fabbricazione vengono minimizzati.

L?invenzione verr? ora esaminata in dettaglio con l?ausilio di una forma realizzativa esemplificativa illustrata nei disegni allegati.

La figura 1 rappresenta in forma schematica una unit? di patinatura con il sostegno della lama patinatrice, la lama patinatrice, il controrullo e il carico sulla lama dovuto al suo stesso peso.

La figura 2 mostra il carico esercitato sulla lama durante il carico della lama stessa, nonch? la flessione al suo centro provocata dal carico.

La figura 3 mostra il profilo di flessione iniziale, il profilo di flessione esercitato dalla forza di compensazione, nonch? il profilo di flessione risultante dalla loro combinazione nella situazione di carico illustrata nella figura 2.

Nella figura 1 ? illustrata una lama patinatrice 1 montata girevolmente e supportata da cuscinetti posti su un'asse 3. Un bordo 2 della lama patinatrice 1 ? caricato con una forza lineare q esercitata dal peso stesso della lama. La grandezza della forza lineare q pu? essere determinata per via di calcolo quando ? nota la massa della lama per unit? di lunghezza nonch? la distanza R2 del baricentro 4 della lama 1 dall'asse di rotazione 3 cos? come la distanza RI tra il bordo della lama e l'asse di rotazione 3. Per avere un carico lineare prodotto dalla massa della lama 1, i contorni della lama 1 e la superficie del controrullo 5 devono essere compatibili, cosa che comporta in questo caso forme diritte e parallele. Il bordo della lama 1 e la superficie del controrullo 5 hanno contorni compatibili e paralleli se la lama 1 ? fabbricata in una posizione simulante la sua posizione operativa e se ? ben sostenuta in corrispondenza del bordo di attacco del sostegno della lama usando parecchi supporti che esercitano uguali forze.

La forza di carico della lama q prodotta dalla massa stessa della lama 1 non ? sufficiente in tutte le condizioni per la spalmatura della miscela di patinatura, e il controllo del carico della lama senza un mezzo attuatore ? impossibile. Quindi la regolazione del carico della lama ? realizzata con l'ausilio di un cilindro attuatore di apertura della struttura della lama patinatrice 1. Un momento di torsione Mw ? applicato alle estremit? della struttura della lama patinatrice 1 per mezzo di un cilindro attuatore di apertura. Il carico totale della lama prodotto dal momento torsionale Mv pu? quindi essere scritto:

in cui

2Mv = somma dei momenti torsionali

RI = distanza del bordo della lama dall'asse di

rotazione

Caricando la lama 1 in questo modo si ottiene una forza di carico q lineare non omogenea. Una ?trave caricata (in questo caso, la lama patinatrice 1), che ? sostenuta ad entrambe le estremit? ha una flessione massima al suo centro. La forza di carico q della lama risulta quindi come mostrato in figura 2. Nella medesima figura ? illustrato per tutta la lunghezza della lama la flessione del bordo della lama 2 provocata dalla forza di carico q, cos? come la deviazione della sezione trasversale al centro della lama 1. Con una linea a tratto continuo si ? indicato la sezione trasversale 6 per la posizione del centro della lama patinatrice 1 in condizione scarica. La sezione trasversale 7, indicata con linea a tratto discontinuo, mostra la flessione verticale causata dalla piegatura della lama, mentre la sezione trasversale 8 illustra la flessione provocata dalla combinazione di piegatura e torsione.

Come mostrato nella figura 2 la distanza tra il bordo di lama 2 e il controrullo 5 non ? costante per l'intera lunghezza della lama. La flessione del bordo 2 della lama patinatrice 1 rispetto alla superficie del rullo 5 diventa pi? grande procedendo verso il centro della lama 1, con un conseguente incremento della distanza tra il bordo 2 della lama e il rullo 5. La forma della flessione del bordo 2 della lama mostrata in figura 5 si riferisce al profilo di flessione risultante nella lama patinatrice 1 dalla combinazione del momento torsionale Mv e della forza di carico q della lama. Il profilo di flessione della montatura della lama 1 ? facile da determinare usando formule di calcolo derivate dal caso della trave sostenuta ad entrambe le estremit? in differenti condizioni di carico. Queste formule sono facilmente disponibili nei manuali o libri di analisi strutturale .

Una volta determinato il profilo di flessione della lama patinatrice 1, pu? essere determinata la forza e il suo punto di azione per la compensazione delle tensioni e della flessione.

La grandezza e il punto d'azione della forza sono scelti in modo da esercitare sulla lama patinatrice 1 una flessione tale da risultare approssimativamente uguale in grandezza, ma agente nella direzione opposta, rispetto a quella prodotta dal carico. Un profilo di flessione 10 risultante da una forza scelta in modo appropriato ha quindi una forma approssimativamente simile al profilo di flessione 9 risultante dal carico della lama 1. Quando le forze di carico e le forze di compensazione sono applicate alla lama patinatrice 1, ne risulta un profilo di flessione 11 diritto avente una forma corrispondente al contorno originale della lama.

La forza di compensazione si ottiene per mezzo di cilindri attuatori di carico 14 e 15 della struttura della lama. I cilindri 14 e 15 sono posti tra i punti di supporto della lama e spaziati rispetto all'asse di rotazione 3 del bordo 2 della lama patinatrice 1 in direzione di tale bordo. I cilindri 14 e 15 devono essere allineati e paralleli alla direzione della forza di carico q della lama. Nella figura 3 ? mostrato un possibile posizionamento dei cilindri 14 e 15. I cilindri 14 e 15 agiscono quindi nei punti 12 e 13. Questi punti sono spaziati di una distanza RT rispetto ai cuscinetti di supporto e di una distanza RV rispetto all'asse di rotazione 3 della struttura della lama 1 in direzione del bordo 2 della lama. I bracci di leva RV e RT determinano dei momenti torsionali imposti sulla struttura della lama patinatrice dalla forza dei cilindri attuatori. Il rapporto tra i bracci di leva Vs pu? essere calcolato dalla flessione prodotta dal carico, ottenendosi un idoneo rapporto:

Vs = 80L/368R1,

in cui

L = larghezza della lama patinatrice

RI = distanza del bordo della lama dal suo asse di rotazione .

Dei due bracci di leva, RV determina la forza di carico della lama, mentre RT esercita la forza di piegatura sulla lama 1. Scegliendo appropriatamente i bracci di leva RT e RV, il bordo 2 della lama patinatrice 1 pu? essere mantenuto diritto e pu? essere mantenuta costante la forza di carico sulla lama per un largo intervallo di regolazione.

Il grado di compensazione teorico ottenibile con questo metodo non ? completo, poich? i cilindri attuatori di carico esercitano sulla lama patinatrice un momento torsionale di compensazione di grandezza costante ottenendosi un profilo di flessione di forma circolare. Invece, una forza di carico lineare sulla lama produce un profilo di flessione parabolico.In una applicazione pratica operando con una piccola flessione relativa all'intera lunghezza della lama, la differenza tra le due curve ? cos? piccola che, nel caso esemplificato, l'errore risultante ? solo il 5% rispetto al caso senza compensazione. L'adeguamento al rapporto tra i bracci di leva descritto nel paragrafo precedente consente di minimizzare l'errore tra le forme circolari e paraboliche dei profili.

Nella forma realizzativa qui descritta i cilindri attuatori di carico sono disposti tra l'asse di rotazione-3 e il bordo 2 della lama 1. In alternativa, i cilindri possono essere disposti dalla parte opposta dell'asse di rotazione, ma in tal caso il loro verso d?azione deve essere invertito rispetto a quello mostrato nella forma realizzativa di cui sopra. I cilindri attuatori che esercitano la forza di carico regolabile di compensazione possono essere ad esempio cilindri attuatori pneumatici, madrevite a ricircolo di sfere ad azionamento elettrico o qualsiasi altro mezzo attuatore di sufficiente accuratezza nel controllo della posizione e della forza esercitata .

Allo scopo di chiarire il principio della presente invenzione in modo approfondito, viene dato qui di seguito un semplice caso di dimensionamento di costruzione di una lama patinatrice a flessione compensata. Il mezzo attuatore usato in questa forma realizzativa ? composto da due cilindri attuatori pneumatici.

I simboli ed i valori iniziali sono:

q = 120 N/m, valore medio della forza di carico sulla lama

L = 5 m, larghezza della lama patinatrice

R1 = 0,3 m, distanza del bordo 2 della lama dall'asse di rotazione 3 della lama

RV = 0,07 m, distanza dei punti d'azione 12 e 13 della forza esercitata dal cilindro attuatore dall'asse di rotazione

p = 450 kPa (4,5 bar), pressione operativa del sistema idraulico

Fs = forza esercitata da un cilindro attuatore

D = diametro del cilindro attuatore

Vs = RT/RV, rapporto tra i bracci di leva

La forza richiesta per un cilindro attuatore viene cos? determinata:

Fs = qLRl/2RV = 120 N/m x 5 m x 0,3 m/2 x 0,07 m = 1285 N

Si calcola quindi il diametro del cilindro:

Ds = 4Fs/p = 4 x 1285 N/450 000 Pa = 0,06 m

=> diametro del cilindro prescelto 63 mm Rapporto tra i bracci: Vs = RT/RV = 80L/384R1 = 80 x 5 m/384 x 0,03 = 3,5

La lunghezza del braccio di forza torsionale RT ? = 3,5 x 0,07 = 0,25 m

Quindi le deformazioni dimensionali imposte alla struttura della lama patinatrice sono opposte per quanto riguarda il loro effetto ed il grado di mutua compensazione ? molto elevato. Come mostrato nella figura 3, il profilo di flessione risultante 11 ha una linearit? nettamente migliore del profilo di flessione 9 risultante dalla mancanza di compensazione. In condizioni pratiche l'errore residuo dopo compensazione ? molto minore, ad esempio, della linearit? e delle tolleranze di installazione della superficie del controrullo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la compensazione della flessione di una lama patinatrice e per la raschiatura di un elemento di contrasto (5) nel quale metodo viene compensata la deformazione imposta ad una struttura (1) di lama patinatrice dalla forza di pressione su un bordo della lama patinatrice (2) di detta struttura (1) contro un elemento di riscontro (5), caratterizzato dal fatto che la deformazione provocata dalla forza di carico viene compensata imponendo una forza di compensazione su almeno un punto della struttura (1) della lama patinatrice in modo tale che: - detta forza di compensazione ? portata ad agire da una parte ad una prima distanza (RT) dal punto di sostegno girevole della struttura (1) della lama patinatrice e dall'altra ad una distanza (RV) dall'asse di rotazione (3) della struttura (1) della lama patinatrice, mentre la forza di compensazione ? allineata e parallela con la forza di carico (q) della lama, - la grandezza e i bracci di azione (RT, RV) della forza di compensazione dal punto di rotazione sono dimensionati in modo da produrre una flessione (10) della struttura (1) della lama patinatrice, che ? uguale in grandezza a quella prodotta dalla forza di carico (q) della lama, ma avente direzione opposta, per cui le due flessioni si annullano reciprocamente in grado elevato, consentendo di mantenere il bordo della lama patinatrice (2) parallelo al contorno dell'elemento di contrasto (5).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la forza di compensazione ? disposta per essere esercitata sulla struttura (1) della lama patinatrice in modo tale che uno dei bracci (RV) di azione ? posto dalla stessa parte del bordo della lama patinatrice (2) rispetto all'asse di rotazione (3) della struttura (1) della lama medesima.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la forza di compensazione ? disposta per essere esercitata sulla struttura (1) della lama patinatrice in modo tale che uno dei bracci (RV)di azione ? posto dalla parte opposta del bordo della lama patinatrice (2) rispetto all'asse di rotazione(3) della struttura (1) della lama patinatrice.
4. 4. Struttura (1) di lama patinatrice a flessione compensata per patinare un nastro di materiale in uno spazio formato tra un bordo di una lama patinatrice (2) ed un elemento di contrasto (5), comprendente: - un supporto girevole a mezzo cuscinetti alle estremit? della struttura (1) della lama patinatrice, una lama patinatrice (2) applicata a detta struttura (1), atta ad essere premuta contro il nastro in movimento e/o un elemento di contrasto (5) allo scopo di livellare una miscela di patinatura applicata sul nastro, - almeno un elemento attuatore (14, 15} per il controllo della forza di carico (q) sulla struttura (1) della lama patinatrice , caratterizzata dal fatto che: - l'elemento attuatore (14,15) ? adattato nella struttura (1) della lama patinatrice in modo da consentirne l'uso per esercitare una forza controllabile agente sulla struttura (1) della lama patinatrice in un punto che da una parte ? situato ad una prima distanza di azione (RT) dal punto di sostegno girevole della struttura (1) della lama patinatrice e dall'altra ad una seconda distanza (RV) dall?asse di rotazione (3) della struttura (1) della lama patinatrice, - l?elemento attuatore ? applicato alla lama patinatrice (1) in modo che il verso d'azione della forza sia parallelo a quello della forza (q) esercitata sulla struttura (1) della lama patinatrice.
5. 5. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l'elemento attuatore (14,15) ? applicato dalla stessa parte del bordo della lama patinatrice (2) rispetto all'asse di rotazione (3) della struttura (1) della lama patinatrice.
6. 6. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l'elemento attuatore ? applicato dalla parte opposta del bordo della lama patinatrice (2) rispetto all'asse di rotazione (3) della struttura della lama patinatrice (1).
7. 7. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l?elemento attuatore ? un cilindro idraulico.
8. 8. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l'elemento attuatore ? una madrevite a ricircolo di sfere ad azionamento elettrico.
9. 9. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l'elemento attuatore ? un cilindro pneumatico.
10. 10. Struttura di lama patinatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il rapporto tra bracci di leva (Vs), cio?, il rapporto tra la distanza ortogonale (RT) del punto di azione (12,13) dell'elemento attuatore dai punti di supporto girevole della struttura (1) della lama patinatrice e la distanza ortogonale (RV) del punto di azione (12,13) dell'elemento attuatore dall'asse di rotazione (3) della struttura (1) della lama patinatrice, ? tale da soddisfare la seguente condizione: Vs = 80L/368R1, in cui L = larghezza della lama patinatrice RI = distanza tra il bordo della lama patinatrice (2) e l'asse di rotazione (3) della lama patinatrice.