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UNIVERSITÀ TELEMATICA GUGLIELMO
MARCONI
FACOLTA’ DI
SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN
INGEGNERIA INDUSTRIALE LM33
PROGETTAZIONE DI UNA MACCHINA SPALMATRICE A
GRUPPI FLESSOGRAFICI PER RIVESTIMENTO TESSUTO
NON TESSUTO AD USO ALIMENTARE
Relatore Candidato
Prof.Massimiliano Malerba Claudio G.
Asnaghi N°Matricola
ST00308/LM33
ANNO ACCADEMICO
2009/2010
INDICEINTRODUZIONE........................................................................6
1. DESCRIZIONE DEL PRODOTTO.........................................7
2. TIPOLOGIE GRUPPI STAMPA...........................................10
2.1 Gruppi stampa rotocalcografici......................................10
2.2 Gruppi stampa flessografici...........................................13
2.3 Scelta della tipologia di gruppo stampa.........................17
3. RIFERIMENTI NORMATIVI...............................................19
4. PROCESSO DI PROGETTAZIONE E PRODUZIONE..........22
4.1 Processo di progettazione integrato..............................22
4.2 Distinta base..................................................................28
5. LA PROGETTAZIONE...........................................................32
5.1 Svolgitore.......................................................................32
5.1.1 Asse svolgitore..........................................................32
5.1.2 Dimensionamento freno............................................35
5.2 Gruppo stampa e cilindro portaclichè............................38
5.2.1 Rullo portaclichè.......................................................39
5.2.2 Rullo retinato............................................................42
5.2.3 Rullo inchiostratore...................................................45
5.2.4 Sistema di avvicinamento..........................................46
5.2.5 Trasmissione ad ingranaggi......................................48
5.2.6 Dispositivi di registro................................................51
3
5.2.7 Sistema calamaio......................................................53
5.3 Rotelle di pressione in ingresso.....................................56
5.4 Sistema d’essicazione....................................................57
5.4.1 Studio essicazione inchiostro....................................57
5.4.2 Forno d’ essicazione..................................................62
5.5 Calandra di traino..........................................................70
5.6 Rullo folle diametro 60 mm............................................71
5.7 Avvolgitore.....................................................................76
5.7.1 Asse avvolgitore........................................................76
5.8 Impianto oleodinamico...................................................79
5.9 Impianto pneumatico.....................................................82
6. ANALISI LOGICA DI FUNZIONAMENTO E CIRCUITI DI
COMANDO...............................................................................86
6.1 Sistema primario............................................................86
6.1.2 Controllo prima zona – controllo tensione in
svolgimento........................................................................89
6.1.2 Controllo seconda e terza zona.................................91
6.1.3 Controllo quarta zona - controllo tensione in
avvolgimento......................................................................94
6.2 Definizione dei modi di comando e funzionamento........98
6.2.1 Ciclo di avvio e di arresto macchina........................99
6.3 Comandi attivabili durante il modo di funzionamento
“SETUP”..............................................................................102
4
6.3.1 Svolgitore................................................................102
6.3.2 Contropressori e calandra di traino........................102
6.3.3 Avvolgitore..............................................................102
6.3.4 Sistema di stacco e macinazione inchiostratori......103
6.3.5 Sistema di riscaldamento aria e ventilazione..........103
6.4 Comandi del modo di funzionamento “PRODUZIONE”
104
6.4.1 Svolgitore................................................................104
6.4.2 Avvolgitore..............................................................104
6.4.3 Sistema di stacco e macinazione inchiostratori......104
6.4.4 Sistema di riscaldamento aria e ventilazione..........104
6.4.5 Contropressori e calandra di traino........................105
6.5 Postazioni di comando..................................................106
6.6 Segnalazioni.................................................................109
6.7 Implementazione del sistema di controllo...................110
7. ANALISI E RIDUZIONE DEI RISCHI................................116
7.1 Processo di analisi e riduzione dei rischi.....................116
7.2 Valutazione del rischio durante la costruzione............122
7.3 Valutazione del rischio durante il trasporto e
l’installazione......................................................................130
7.4 Valutazione del rischio durante l’uso...........................132
7.4.1 Valutazione dei rischi nel caricamento asse svolgitore
e avvolgitore....................................................................133
5
7.4.2 Valutazione dei rischi nella preparazione gruppi
colore...............................................................................136
7.4.3 Valutazione dei rischi nella regolazione pressioni di
stampa.............................................................................138
7.4.4 Valutazione dei rischi legati alla temperatura e al
rumore.............................................................................140
8 ANALISI GUASTI E MALFUNZIONAMENTI...................141
8.1 Analisi FMEA................................................................141
8.2 Manutenzione programmata........................................144
9. CONCLUSIONI..................................................................146
BIBLIOGRAFIA.......................................................................147
6
INTRODUZIONE
Lo sviluppo di un nuovo macchinario è un’attività complessa, si
parte dalle esigenze del cliente che devono essere analizzate e
tradotte in specifiche progettuali, partendo da queste si sceglie
il processo produttivo più adatto al prodotto finito, si procede
quindi al progetto integrato che comprende argomenti
multidisciplinari quali: la meccanica per le strutture, la chimica
per il processo, la termotecnica per le ventilazioni,
l’elettrotecnica e l’automazione industriale per i servizi.
Tutto questo processo non è esente da vincoli di natura
finanziaria che stimolano la capacità dei progettisti, chiamati a
sviluppare soluzioni che uniscano la ricerca del più basso costo
al raggiungimento di elevati standard produttivi, rispettando
al contempo le normative di sicurezza e ottenendo un basso
impatto ambientale per il macchinario, per i suoi prodotti finiti
e per i rifiuti prodotti durante l’uso.
La progettazione, vista la complessità del compito, è un lavoro
di squadra, vi è però un team leader che deve mantenere una
visione complessiva del progetto e deve generare le specifiche
del successivo sviluppo, questo lavoro complesso è molto
appagante perché permette ogni volta una meravigliosa
avventura nel mondo della tecnologia.
.
7
1.DESCRIZIONE DEL PRODOTTO
Il macchinario in oggetto si situa all’interno del processo
produttivo di tovagliati e accessori in tessuto non tessuto. In
figura si può vedere il diagramma del processo produttivo
globale.
Figura 1.1 Schema del processo produttivo
8
Per scegliere la migliore tecnologia per la stampa e
verniciatura del nostro materiale dobbiamo analizzare il tipo di
prodotto da trattare, le sue caratteristiche e il suo processo
produttivo.
Il nostro impianto dovrà trattare del Tessuto Non Tessuto
composto dal 90% di cellulosa e dal 10% di fibre di poliestere
con una grammatura di 70 gr/m2 prodotto con tecnologia
Wetlaid.
La tecnologia Wetlaid1 deriva dalle tecniche di produzione
della carta, la pasta di cellulosa e le fibre artificiali di piccolo
taglio (2 – 10 mm) vengono miscelate con acqua in una cassa di
flusso e depositate tramite una fessura calibrata su di una tela
in continuo movimento, durante questa prima stesura il
materiale inizia a perdere parte dell’acqua mentre le fibre si
concentrano e si compattano, la velocità di movimento della
tela è molto importante in quanto determina l’orientamento
delle fibre, a differenza della carta nella produzione di tessuto
non tessuto la tela di formatura si muove molto rapidamente in
modo da non dare un orientamento predominante alle fibre, in
questo modo la resistenza alla trazione del materiale sarà
simile in ogni direzione2.
1 Jirsak, O., Wadsworth, L. C., Nonwoven Textiles, Carolina Academic Press, 1999.2 Lunenschloss, J., Albrecht, W., Nonwoven Bonded Fabrics, Published by Ellis Horwood Ltd., p. 317, 1985.
9
Figura 1.2 Produzione T.N.T.
Successivamente il materiale viene pressato in continuo in un
essiccatoio con dei rulli dotati di feltri: le fibre si compattano
maggiormente ed il foglio subisce una laminazione perdendo
ancora acqua. Le fibre dovranno ora essere sottoposte ad un
processo di “bonding” che provoca la definitiva coesione e lo
sviluppo delle caratteristiche particolari del TNT, vi sono vari
processi di “bonding” nel nostro caso viene usato un processo
termico, in particolare il materiale verrà sottoposto ad un
flusso d’aria calda che permetterà alle fibre di polietilene di
fondere e di legarsi stabilmente con la cellulosa.3
Infine il materiale viene essiccato definitivamente e riavvolto in
bobine di grande formato, queste bobine verranno poi divise in
bobine di diametro e tavola inferiore.
3 EDANA Glossary of non woven therms 2006
10
Il nostro impianto si trova nella fase di completamento delle
bobine, ha come input bobine di tessuto non tessuto larghe
1200 mm, con un primo passaggio in macchina le bobine
vengono tinte con un colore di fondo su tutti e due i lati, in
seguito vengono stoccate, per un periodo di tempo di almeno 6
ore, per stabilizzarne la tinta. In seguito il materiale effettua
un secondo passaggio in macchina, in cui viene applicata una
vernice che fissa le caratteristiche del colore e permette l’uso
alimentare del prodotto. Le bobine cosi preparate vengono
imballate e spedite alle aziende clienti che le utilizzeranno per
creare varie tipologie di tovagliati (tovaglie in rotolo, tovaglie
piegate, tovaglioli, etc.etc.) che rappresentano il prodotto
finale del processo.
2.TIPOLOGIE GRUPPI STAMPA
2.1 Gruppi stampa rotocalcografici
Il primo tipo di gruppo stampa preso in considerazione per
l’applicazione di protettivi e la stampa sul tessuto non tessuto è
stato quella rotocalco. Il processo di stampa rotocalco, fa
parte dei procedimenti incavografici, ovvero quelli in cui i
grafismi sono scavati rispetto ai contrografismi.
11
La forma rotocalco è un cilindro con incise delle cellette che
hanno profondità di qualche micron. Alla profondità di questi
ultimi corrisponde una maggiore o minore quantità di
inchiostro, si ottengono quindi diverse tonalità.
La stampa avviene in seguito allʼimmersione della forma in
una bacinella contenente inchiostro che va a ricoprire tutta la
superficie del cilindro. Lʼazione meccanica di una racla pulisce
i contrografismi e la pressione di un cilindro assicura il
trasferimento dei grafismi sul supporto.
Il cilindro forma rotocalco è un cilindro di acciaio realizzato in
unʼunica fusione e senza giunte, rivestito di rame attraverso un
processo galvanico, inciso con tecnica elettromeccanica oppure
con tecnica autotipica e poi, cromato.
Figura 2.1 Struttura cilindro rotocalco
In figura vediamo la composizione di un gruppo rotocalco,
possiamo vedere il cilindro forma (1) con incisi i grafismi, il
cilindro di pressione(2) che permette il trasferimento
dell’inchiostro sul supporto, il gruppo di inchiostrazione (3) e il
gruppo di raclatura (4), si può vedere inoltre la tipica calandra
di asciugatura (5).
12
Figura 2.2 Layout gruppo rotocalco
Il gruppo di pressione può essere composto da un solo cilindro
di metallo rivestito in gomma oppure da più rulli di cui uno di
pressione e gli altri che hanno la funzione di contropressori. Il
cilindro di pressione ha una struttura pneumatica che permette
di seguire le flessioni impresse ai cilindri in fase di stampa.
Il gruppo di inchiostrazione è pensato per lʼutilizzo di
inchiostri liquidi, che sono composti sostanzialmente da
13
pigmento con funzione colorante e utilizzano come veicolo
acqua o toluene. Il gruppo di inchiostrazione si compone di due
parti la bacinella e il viscosimetro. La vaschetta è un
contenitore in grado di accogliere lʼinchiostro liquido inviato
dal serbatoio che è posta a bordo macchina. Allʼinterno della
vaschetta a volte si trova un rullino rivestito in gomma morbida
che favorisce lʼinserimento dellʼinchiostro negli alveoli. La
vaschetta è collegata ad un impianto esterno di
approvvigionamento dellʼinchiostro. Questʼimpianto è dotato
poi di un viscosimetro che ha il fondamentale compito di
mantenere costante la concentrazione di solvente allʼinterno
dellʼinchiostro. Variazioni di concentrazione dovute a variazioni
di temperatura, e umidità possono far virare lʼinchiostro e
quindi modificare la resa cromatica in stampa.
La racla assume un ruolo fondamentale nella stampa rotocalco,
ha infatti il compito di ripulire dallʼinchiostro in eccesso il
cilindro forma in modo da regolare la presenza dell’inchiostro
solo all’interno dell’incisione del cilindro.
La racla è una lama di acciaio molto sottile e flessibile che
viene ancorata ad una struttura detta portaracla che ne
assicura la rigidità sul cilindro e governa la pressione di lavoro.
Esistono due tipi di racla, quelle con bisello e quelle senza
bisello, le prime dette anche auto affilanti sono oggi le più
utilizzate, in quanto garantiscono una costante rimozione
dellʼinchiostro per tutta la tiratura anche quando la lama si
usura e consuma.
14
Lʼinclinazione ottimale per ottenere dei buoni risulatati in
stampa deve essere positiva (angolo di incidenza minore di
90°) e deve essere compresa tra 55° e 65°. Un’angolo di
inclinazione troppo basso non permetterebbe di asportare
l’inchiostro in eccesso in maniera omogenea.
Bordo smussato
Bordo arrotondato
Bisello a lamella
Figura 2.3 Tipologie di racla
2.2 Gruppi stampa flessografici
Un’altra possibile tipologia di stampa, molto usata per
l’imballaggio flessibile e utilizzabile nel nostro caso per il
tessuto non tessuto è la flessografia.
Rispetto alla rotocalcografia vista in precedenza la flessografia
fa parte dei processi di stampa diretti. Come suggerisce il
nome stesso la forma di stampa è una lastra flessibile
chiamata anche cliché, prodotta con un polimero fotosensibile
(fotopolimero) con un’ immagine in rilievo sulla sua superficie
(molto simile ai timbri). Questa immagine è ottenuta con un
processo fotochimico chiamato composizione. In figura 1
vediamo lo schema di un gruppo flessografico con
inchiostrazione indiretta. La forma di stampa è avvolta su un
rullo chiamato portacliché (3) che ha circonferenza
15
corrispondente alla lunghezza dell’ immagine si vuol ottenere.
L’ inchiostrazione del cliché si ottiene per trasferimento grazie
alla pressione sullo stesso di un rullo retinato o rullo anilox
(2). Questo rullo presenta la superficie incisa con una serie di
piccolissime cellette le cui dimensioni dipendono dal tipo di
stampa richiesta e che si impregnano d’ inchiostro per mezzo
di un rullo inchiostratore (1) avente la superficie rivestita da
un apposito polimero resistente agli inchiostri. Il rullo
inchiostratore è parzialmente immerso nel calamaio cioè la
vaschetta nella quale si pone l’ inchiostro scelto. La stampa si
ottiene dalla pressione del rullo portacliché direttamente sul
supporto, carta o film plastico, appoggiato sul rullo di
contropressione (4) meccanicamente collegato al portacliché
tramite una trasmissione ad ingranaggi.
Figura 2.4 Schema gruppo stampa flessografico con inchiostrazione indiretta
Esiste poi anche una seconda tipologia di inchiostrazione detta
diretta, che possiamo vedere in figura 2 In questo caso il rullo
retinato (1) è a diretto contatto con l’inchiostro, la dosatura
16
viene sempre effettuata attraverso la retinatura ma l’inchiostro
in eccesso viene tolto attraverso una racla (4) di acciaio, le
racle per i gruppi flessografici hanno solitamente uno spessore
minore e una minore altezza rispetto a quelle rotocalco.
L’inchiostrazione diretta soprattutto se effettuata in “camera
chiusa” cioè utilizzando 2 racle che vanno a creare una cavità
chiusa a contatto diretto con il rullo anilox, permette un
migliore dosaggio dell’inchiostro e sta ormai sostituendo in
quasi tutte le applicazioni quella indiretta, uno svantaggio è il
costo maggiore del rullo retinato la cui superficie dopo
l’incisione deve essere ricoperta con materiali ceramici per
aumentarne la durezza in modo da resistere all’usura
provocata dallo sfregamento della racla. Questo costo viene
però compensato dalla migliore resa cromatica, dal minore
consumo di inchiostro e dall’assenza del rullo gommato. Il rullo
portacliché (2) e il rullo contropressore (3) sono uguali in tutte
e due le tipologie di inchiostrazione
17
Figura 2.5 Schema gruppo stampa flessografico con inchiostrazione diretta
L’ insieme degli elementi finora descritti costituisce un singolo
colore, un elemento in grado di stampare un immagine
monocromatica.
Nel nostro caso la macchina dovrà avere almeno 2 colori uno
per l’applicazione di un protettivo e l’altro per l’eventuale
stampa di personalizzazioni. Sul mercato è facile trovare
macchine da stampa da 4 fino a 12 colori.
A seconda di come sono disposti i vari gruppi colore gli uni
rispetto agli altri nel gruppo stampa (struttura in cui sono
alloggiati i colori), si possono avere diverse configurazioni di
macchina. Le tre principali sono: macchine a cilindri
indipendenti a colori sovrapposti o contrapposti dette anche
stack type, macchine a cilindri indipendenti a colori in linea
ed infine macchine a cilindro o tamburo centrale.
18
Sostanzialmente le prime hanno il gruppo stampa composto da
una colonna di gruppi colore contrapposti che va da 4 a 8
colori. Le macchine in linea invece possiedono configurazioni a
scelta del cliente e vengono costruite in maniera modulare.
Infine le macchine a tamburo centrale sono costruite
utilizzando un unico cilindro di contropressione sul quale
vengono ad inserirsi i vari colori. La principale differenza
tecnologica fra le macchine a cilindri indipendenti e quelle a
tamburo centrale risiede nel fatto che le prime sono più
pratiche per la stampa continua bianco-volta (intesa come
stampa simultanea di entrambe le facce del materiale in
stampa) mentre le altre offrono una qualità di registro
decisamente superiore. Vediamo ora cosa s’intende per
registro. E’ noto dalle arti grafiche che un’ immagine
multicolore deve venir stampata un colore alla volta (principio
della quadricromia) e per ottenere il miglior dettaglio è
indispensabile che le varie figure vadano a compenetrarsi
perfettamente, l’operazione che permette di far coincidere le
immagini stampate da due o più gruppi colore si definisce
messa a registro. Va da sé che materiali sottili e soprattutto
elastici fra la posa di un colore e l’altro possono subire
variazioni dimensionali che seppur minime (ricordiamo che la
percezione dell’ occhio umano arriva al decimo di mm) possono
avere effetti catastrofici sulla definizione della figura stampata.
Per ovviare a tale inconveniente si è pervenuti nel corso degli
anni alla realizzazione di macchine in cui il materiale viene
appoggiato su un cilindro di dimensioni notevoli e tramite un
19
rullo pressore rivestito in gomma e azionato da due cilindri
pneumatici, ne vengono impediti i movimenti relativi durante le
varie fasi di stampa di ciascun colore. Tali macchine sono
appunto dette a tamburo centrale
Figura 2.6 Layout di principio tamburo centrale
Invece, data la configurazione del gruppo stampa, le stack type
hanno il vantaggio di poter senza problemi (solo con una
diversa configurazione del passaggio del materiale fra i vari
colori) stampare su di un lato o su entrambe i lati del materiale
in produzione.
20
Figura 2.7 Layout di principio stack type
2.3 Scelta della tipologia di gruppo stampa
La scelta del processo di verniciatura sarà guidata da
valutazioni di carattere economico e tecnologico attraverso
l’analisi dei seguenti punti:
1. COSTO PRODUZIONE GRUPPI STAMPA:
Per quanto riguarda la realizzazione le due tipologie di
gruppo stampa non presentano grandi differenze e si
possono considerare equivalenti.
2. COSTI VARIABILI DI PRODUZIONE:
a. Costi per inchiostri: gli inchiostri e le vernici
utilizzate sia in flessografia che in rotocalcografia
sono molto simili e utilizzando un sistema di
21
alimentazione e controllo della viscosità anche il
consumo non presenta grandi differenze.
b. Costi per forme di stampa: In questo caso la
flessografia è più competitiva in quanto le forme di
stampa sono dei cliché in polimero plastico il cui
costo di preparazione è molto inferiore a quello
dell’incisione dei cilindri stampa rotocalco, il nostro
impianto però non avrà molti cambi delle forme di
stampa in quanto principalmente dovrà stampare dei
“fondi pieni”, e la durata della vita media di un cliché
in polimero plastico ormai si avvicina a quella di un
cilindro inciso
c. Costi per setup, pulizia e fermi macchina: Particolare
attenzione si dovrà fare a questi costi, punto critico
per la realizzazione di un prodotto di qualità è la
pulizia delle forme di stampa che deve essere
garantita in ogni momento della produzione. Essendo
il materiale da stampare molto soggetto alla
formazione di polveri e al distacco di fibre, una
stampa di tipo incavografico come quella rotocalco
potrebbe portare a dei lunghi fermi macchina per la
pulizia del cilindro di stampa, mentre una macchina
flessografica avrebbe il grosso vantaggio di poter
essere pulita con pochi minuti di fermo macchina, ad
esempio durante le fermate per la sostituzione delle
bobine.
22
Vista l’importanza di garantire una qualità costante al prodotto
finito la scelta è caduta su due gruppi stampa flessografici
stack type con inchiostrazione indiretta tramite rullo gommato
e controllo di viscosità dell’inchiostro.
23
3. RIFERIMENTI NORMATIVI
Lo sviluppo di una macchina per il mercato comune europeo è
da molti anni soggetto a vincoli normativi che mirano a
garantire degli standard minimi di sicurezza e di salute
pubblica, la normativa a cui faremo riferimento è il Decreto
Legislativo n. 17 del 27/01/2010 che ha recepito per l’Italia la
Direttiva Europea 2006/42/CE del 17 maggio 2006.
Nell’art.2 comma 2 troviamo le definizioni di “macchina” in cui
ricade il nostro impianto per la stampa:
“1) insieme equipaggiato o destinato ad essere equipaggiato di
un sistema di azionamento diverso dalla forza umana o animale
diretta, composto di parti o di componenti, di cui almeno uno
mobile, collegati tra loro solidamente per un'applicazione ben
determinata;…omissis…
4) insiemi di macchine, … … , o di quasi-macchine, … … , che
per raggiungere uno stesso risultato sono disposti e comandati
in modo da avere un funzionamento solidale;”4
Come tutte le macchine il nostro impianto dovrà, per essere
immesso sul mercato, essere marcato CE. Non essendo il
nostro impianto riportato tra i casi speciali5, la normativa
prescrive per apporre la marcatura CE, di seguire la procedura
riportata nell’allegato VIII:
4 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010 (Gazzetta Ufficiale n. 41 del 19 febbraio 2010, S.O. n. 36)5 Allegato IV Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010
24
“1. Il presente allegato descrive la procedura secondo la quale
il fabbricante o il suo mandatario, che ottempera agli obblighi
di cui ai punti 2 e 3, assicura e dichiara che la macchina in
questione soddisfa i pertinenti requisiti della direttiva.
2. Per ogni tipo rappresentativo della serie in questione il
fabbricante o il suo mandatario elabora il fascicolo tecnico di
cui all'allegato VII, parte A.
3. Il fabbricante deve prendere tutte le misure necessarie
affinché il processo di fabbricazione assicuri la conformità
della macchina fabbricata al fascicolo tecnico di cui all'allegato
VII, parte A, e ai requisiti della presente direttiva.”6
Durante il processo di progettazione dovranno essere seguiti i:
“Requisiti essenziali di sicurezza e di tutela della salute relativi
alla progettazione e alla costruzione delle macchine”7. Come
riportato nel punto 2 dell’allegato VIII il costruttore sarà
obbligato a stendere un fascicolo tecnico che riguarderà: la
progettazione, la costruzione e il funzionamento della
macchina; con le seguenti caratteristiche:
“Un fascicolo di costruzione composto:
a) da una descrizione generale della macchina,
b) da un disegno complessivo della macchina e dagli
schemi dei circuiti di comando, nonché dalle relative
descrizioni e spiegazioni necessarie per capire il
funzionamento della macchina,6 Allegato VIII Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/20107 Allegato I Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010
25
c) dai disegni dettagliati e completi, eventualmente
accompagnati da note di calcolo, risultati di prove,
certificati, ecc., che consentano la verifica della
conformità della macchina ai requisiti essenziali di
sicurezza e di tutela della salute,
d) dalla documentazione relativa alla valutazione dei
rischi che deve dimostrare la procedura seguita,
inclusi:
un elenco dei requisiti essenziali di sicurezza e
di tutela della salute applicabili alla macchina,
le misure di protezione attuate per eliminare i
pericoli identificati o per ridurre i rischi e, se
del caso, l'indicazione dei rischi residui
connessi con la macchina,
e) dalle norme e dalle altre specifiche tecniche
applicate, che indichino i requisiti essenziali di
sicurezza e di tutela della salute coperti da tali
norme,
f) da qualsiasi relazione tecnica che fornisca i risultati
delle prove svolte dal fabbricante stesso o da un
organismo scelto dal fabbricante o dal suo
mandatario,
g) da un esemplare delle istruzioni della macchina,
h) se del caso, dalla dichiarazione di incorporazione per
le quasi-macchine incluse e dalle relative istruzioni
di assemblaggio,
26
i) se del caso, da copia della dichiarazione CE di
conformità delle macchine o di altri prodotti
incorporati nella macchina,
j) da una copia della dichiarazione CE di conformità”8
Una grande differenza rispetto alla normativa precedente è il punto d) in cui si
specifica che l’analisi dei rischi deve dimostrare la procedura seguita: “ancorché
non esplicitamente richiesto dalla Direttiva vigente, i fascicoli
tecnici più completi riportano sempre una sintesi delle
argomentazioni che hanno portato alla scelta delle soluzioni
tecniche adottate sulla base della valutazione del rischio
effettuata. Questo però non sarà più sufficiente, ed occorrerà
riportare tutta la procedura seguita in una documentazione
organica e dettagliata che segua le idonee metodologie”9
8 Allegato VII Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/20109 LA NUOVA DIRETTIVA MACCHINE 2006/42/CE INNOVAZIONI E PROBLEMATICHE APPLICATIVE Dott. Ing. Emilio Borzelli - Ispels
27
4.PROCESSO DI PROGETTAZIONE E
PRODUZIONE
4.1 Processo di progettazione integrato
Il processo di progettazione di un impianto industriale è
un’attività complessa e multidisciplinare, questo lavoro dovrà
essere molto accurato in quanto il nostro impianto sarà si
composto principalmente da moduli già sviluppati
precedentemente, questi però dovranno essere integrati e
ottimizzati per ottenere un “prototipo” che dovrà avere tutte le
caratteristiche di affidabilità, usabilità, rispondenza alle
normative sulla sicurezza, di una macchina commerciale.
Facendo riferimento a moderni modelli di processo di
progettazione e produzione possiamo distinguere le seguenti
fasi:
Analisi tecnico commerciale delle specifiche del cliente, è
indiscutibilmente la fase chiave per la corretta
rispondenza alle esigenze specifiche dell’ utilizzatore
finale della macchina e va portata avanti ed approfondita
sia dal responsabile commerciale sia dal responsabile
tecnico in presenza del cliente stesso.
Generazione della distinta base, eseguita dal responsabile
tecnico e dai suoi collaboratori e consiste nella
compilazione accurata in tutte le sue parti della distinta
28
base comprendente oltre all’elenco di tutti i componenti
anche i disegni d’insieme e particolari degli stessi.
Generazione del fascicolo tecnico e prima stesura del
manuale d’uso e manutenzione della macchina
Analisi della distinta base da parte del responsabile di
produzione ed avvio dei relativi sottosettori agli
approvvigionatori, lo stesso stabilisce le corrette
tempistiche di approvvigionamento.
Approvvigionamento che si distingue in esterno ed
interno: l’approvvigionamento esterno è appannaggio
dell’ufficio acquisti, mentre l’approvvigionamento interno
è dovuto allo stesso responsabile di produzione.
Assemblaggio secondo le specifiche ed i disegni della
distinta base sotto la supervisione del responsabile di
produzione.
Procedura di collaudo interno
Stesura delle versioni definitive della documentazione
tecnica e del manuale d’uso e manutenzione
Installazione presso il cliente e collaudo finale
29
Il Simultaneus Engineering (SE) o ingegneria simultanea è un
approccio sistematico che consiste nella progettazione
parallela dei prodotti e dei processi ad essi collegati
includendo la produzione, la vendita ed il supporto tecnico.
Nel nostro caso, la progettazione di un macchinario complesso,
questo tipo di approccio andrà adattato andando ad includere
anche lo studio del processo produttivo in cui andrà ad
integrarsi la macchina.
Essendo il macchinario sviluppato in maniera specifica sulle
esigenze del cliente come già detto verrà adottato un approccio
modulare in modo da sfruttare per quanto possibile moduli
funzionali già sviluppati e collaudati all’interno delle nostre
produzioni o componenti commerciali stabilmente usati nel
settore.
Figura 4.1 Schema di SE
30
Ogni modulo sarà sviluppato o adattato seguendo tecniche di
DFM/A (Design For Manufacturability/Assembly) queste
tecniche che fanno parte dell’approccio SE puntano
l’attenzione del progettista sulle parti, sul loro processo
produttivo e sulle loro interazioni. Principio fondamentale del
DFM/A è che la qualità può essere raggiunta con un’ottimale
scelta delle parti e una loro opportuna integrazione in modo da
ridurre al minimo i problemi produttivi10.
L’approccio composto DFM/A indica alcune guideline da
applicare, ove possibile, nel disegno di nuovi prodotti e
processi per conseguire significativi miglioramenti. Nel seguito
vengono indicate alcune regole pratiche per la semplificazione
della produzione:
1. Aumento delle conoscenze dei progettisti sui materiali, sui
processi manifatturieri e sui loro costi, oltre ad una loro
maggiore consapevolezza dei costi legati ai requisiti di
tolleranza dimensionale, spesso pensati in termini
eccessivamente riduttivi (con conseguente necessità di
utilizzo di macchinari più sofisticati e di personale più
specializzato) senza che ciò aggiunga valore al prodotto.
2. Maggiore attenzione al montaggio del prodotto, per
evitare di dover manovrare parti troppo fragili, sottili o
scivolose.
10 Design For Manufacturability and Concurrent Engineering Autore David M.
Anderson
31
3. Drastica diminuzione del numero di componenti il
prodotto finito. Il beneficio ottenuto consiste in riduzioni
di work in process, di magazzino, di assemblaggio. In
molti casi una riduzione di parti conduce ad un aumento
della qualità complessiva del manufatto finale.
4. Disegno dei componenti finalizzato alla massima
semplicità di manovra: bassi centri di gravità, parti
facilmente identificabili, punti di manovra e progettare le
staffature per semplificare le operazioni di produzione.
5. Disegno dei componenti mirato all’ottimizzazione delle
lavorazioni con asportazione di truciolo , utilizzare il
minimo numero di staffaggi e di utensili per la
produzione.
6. Minimizzazione di variazioni dei particolari e
accorgimenti nella progettazione dimensionale.
a. Evitare possibilmente di avere parti destre e sinistre,
cercare di progettare il prodotto in modo che la
stessa parte possa essere utilizzata
indifferentemente sui due lati.
b. Progettare le parti in modo che siano il più possibile
simmetriche, in modo da facilitarne il montaggio sia
manuale che automatico, il costo aggiuntivo
necessario ad esempio per le forature aggiuntive o
per altre modifiche in fase di progetto sarà ripagato
dal risparmio ottenuto evitando problemi di qualità
del prodotto.
32
c. Se non fosse possibile creare parti simmetriche,
rendere i pezzi molto asimmetrici in modo da evitare
errori di montaggio
7. Scegliere accuratamente le tolleranze dimensionali. Il
processo produttivo dipende strettamente dalle tolleranze
richieste. Se il progettista utilizza delle tolleranze troppo
strette potrebbe richiedere senza motivo per la
produzione del pezzo un processo produttivo più costoso.
Vi sono poi delle guideline per la progettazione mirata al
miglioramento dell’assemblaggio:
1. Valutazione preventiva dei metodi utilizzati per
l’assemblaggio: bloccaggio, saldatura, attrezzaggi
eventualmente necessari oltre ad una adattabilità
intrinseca dei componenti per minimizzare la necessità di
movimenti e spostamenti.
2. Selezione oculata dei sistemi di bloccaggio per rendere
semplice l’assemblaggio
3. Disegno pensato con il fine di consentire l’assemblaggio
verticale, dall’alto in basso - per sfruttare la gravità e
semplificare le celle di montaggio - e che consenta di
creare parti modulari. Quest’ultimo termine presenta
numerosi vantaggi: i sub-assemblaggi possono essere
costruiti in aree diverse, i moduli possono essere testati e
33
riparati prima dell’assemblaggio finale, infine le variazioni
dei modelli possono essere ottenuti a livello di
sottosistema.
4. Eliminazione o semplificazione degli aggiustamenti, sia
manuali che meccanici, rivelandosi spesso questi ultimi
fonte di problemi di assemblaggio e di test. I progettisti
possono ridurre il problema incorporando incisioni,
tacche, punti di fermo naturale che eliminano il problema
di aggiustamenti successivi.
5. Utilizzare dove possibile parti commerciali, molte volte è
conveniente progettare l’architettura del prodotto su
misura intorno ai materiali di commercio, questo
permette di ottenere sostanziali benefici nello sviluppo
quali ad esempio:
a. Sfruttare materiali di commercio permette di ridurre
i costi, i costi di progettazione e sviluppo saranno
sostenuti dal fornitore.
b. I fornitori di materiali di commercio sono molto più
efficienti in quanto hanno maturato un maggiore
Know How nella produzione dei componenti,
forniranno quindi parti ad un costo inferiore e
garantiranno servizi aggiuntivi quali garanzie di
34
funzionamento o di rispetto delle tolleranze e dove
richieste certificazioni di prodotto.
c. Non dovendosi preoccupare dello sviluppo e della
produzione di ogni singolo componente l’azienda
potrà focalizzare le sue energie nella produzione
relativa al proprio core business.
6. L’utilizzo di parti commerciali dovrà essere controllato,
l’acquisizione di materiali di commercio dovrà avvenire da
fornitori selezionati e dovrà garantire degli standard
qualitativi controllabili. In prima approssimazione,
possiamo vedere che i costi, dovuti a sostituzioni o
rilavorazioni, si moltiplicano per ogni passaggio neò
processo di costruzione, questo fatto chiamato “regola del
10” illustra molto bene quanto è di vitale importanza
trovare le non conformità già nelle prime fasi di
produzione.11
REGOLA DEL 10
LIVELLO DI COMPLETAMENTO
COSTO PER TROVARE E
RISOLVERE UNA NON
CONFORMITA’
Singolo componente X
Pre assemblaggio 10X
11 Design For Manufacturability and Concurrent Engineering Autore David M. Anderson
35
Assemblaggio finale 100X
Al collaudo/ in distribuzione 1.000X
Dal cliente 10.000X
4.2 Distinta base
Si analizza ora in dettaglio in cosa consiste la distinta base,
innanzitutto bisogna evidenziare che per semplicità di
identificazione la commessa viene definita con un suo codice di
3 cifre specifico mentre la macchina viene definita con un
codice di 4 cifre, prendiamo ad esempio C.O. XXX – 1002. Le
prime tre cifre indicano il numero di commessa mentre 1002
la macchina specifica, tale codice doppio deve essere riportato
su qualsiasi documento riguardante la vita della macchina
poiché l’insieme, per non produrre ulteriore confusione
introducendo altri numeri, costituisce il numero di matricola
che identifica il prodotto sia nello stabilimento di costruzione
sia dal cliente finale.
Si è già accennato al fatto che ogni parte è identificata con un
numero di riferimento. Per ragioni di praticità l’insieme è
suddiviso in sottogruppi che corrispondono a parti ben definite
della macchina ed ogni sottogruppo è indicato con un codice a
due cifre, si vedrà ora un esempio :1002 01 Il codice 1002,
come già detto è l’identificativo della macchina, mentre 01
rappresenta il primo sottogruppo in questo caso
l’incastellatura. Ogni particolare quindi possiede un numero
36
progressivo a due cifre così: 1002 01 01 Distanziale
fiancate
1002 01 rappresenta il gruppo mentre 01 è il primo particolare
dello stesso. In corrispondenza di ogni gruppo sono stati
creati dei disegni d’insieme nominati secondo il codice già
visto, che rappresentano in dettaglio lo stesso.
Invece in corrispondenza ad ogni particolare meccanico sono
stati eseguiti dei disegni completi secondo le norme UNI. Nella
distinta base in corrispondenza ai codici dei singoli particolari
sono riportati i materiali di commercio relativi.
Per chiarezza si riportano come esempio le distinte base di 2
gruppi della macchina l’asse svolgitore 1002.04 e l’asse
contropressore/calandra 1002.07 :
Comm. Macchina Gr. N°. Gruppo Foglio
1002 SPALMATRICE LS 07ASSE
CALANDRA
Q.tà Gr. 1
Data
06/2010
Codice Q.tà Descrizione Materiale Note
1002.07.01 1 CALANDRA Ø192 Fe 360B
2Cuscinetto Radiale 1 Cor.6210-2RS1
Commerciale
1 Chiavetta A 8x7x100-UNI 6604 Commerciale
1002.07.02 1 FLANGIA RIDUTTORE Fe 360B
4 Vite T.E. M10x55-UNI 5739 Commerciale
4Rosetta Piana Ø10,5x21-UNI 6592B
Commerciale
1 Riduttore W63 i=7 B3 Commerciale
1 Motore VT71 Pot.1,5 Kw. 4 Poli Commerciale
37
1002.07.03 1 FLANGIA CUSCINETTO C40
3 Vite T.C.E.I. M6x20-UNI 5931 Commerciale
Comm. Macchina Gr. N°. Gruppo Foglio
1002 SPALMATRICE LS 04 ASSE SVOLGITORE
Q.tà Gr. 1
Data: 06/2010
Codice Q.tà Descrizione Materiale Note
1002.04.01 1 ALBERO ESPANSIBILE Ø70/76 Alluminio/C40
2 Cus.Rullini Senza Anello RNA 6906 Commerciale
1002.04.02 1 BUSSOLA SCANALATA C40
1002.04.03 2 BUSSOLA PER CUSCINETTO C40
1002.04.04 4 FLANGETTA DI CHIUSURA C40
12 Vite T.S.E.I. M6x40-UNI 5933 Commerciale
1002.04.05 1 DISCO DI TRASCINAMENTO C40
1002.04.06 1 DISTANZIALE DI BLOCCAGGIO C40
3Grano Punta Piana M5x10-UNI 5923
Commerciale
1002.04.07 4 PERNO PER CUSCINETTO C40
4Cusc.Obliquo 2 Corone 3200A-2RS1
Commerciale
8 Vite T.C.E.I. M6x25-UNI 5931 Commerciale
4 Ros.Piana Ø6,4x12,5-UNI 6592B Commerciale
4 Vite T.E. M6x10-UNI 5739 Commerciale
1002.04.08 2 PERNO PER CUSCINETTO C40
2Cusc.Obliquo 2 Corone 3200A-2RS1
Commerciale
2 Ros.Piana Ø6,4x12,5-UNI 6592B Commerciale
2 Vite T.E. M6x10-UNI 5739 Commerciale
1002.04.09 4 COLONNA DI GUIDA C40
1002.04.10 4 ROSETTA Ø25 C40
38
4 Vite T.S.E.I. M10x25-UNI 5933 Commerciale
1002.04.11 4 BUSSOLA DI SCORRIMENTO GS500
1002.04.12 2 PIASTRA SUPPORTO PERNI Fe 430B
1002.04.13 2 PIATTO DI COLLEGAMENTO Fe 360B
8 Vite T.C.E.I. M8x25-UNI 5931 Commerciale
2Impugnatura Girev. I.301/115+x-M10
Commerciale Elesa
1002.04.14 1 PERNO FILETTATO C40
1 Anello Seeger E20-UNI 7435 Commerciale
1002.04.15 1 LAVORAZIONE VOLANTINO Commerciale Elesa
1002.04.16 1 REGISTRO SCORREVOLE C40
1 Cusc.Radiale 1 Corona 6004-2RS1 Commerciale SKF
1 Anello Seeger I42-UNI 7437 Commerciale
1 Grano P.Cilindrica M8x25-UNI 5925 Commerciale
4 Grano P.Piana M6x18-UNI 5923 Commerciale
1002.04.17 1 REGISTRO FISSO C40
4 Vite T.C.E.I. M8x30-UNI 5931 Commerciale
4 Rosetta Elastica A8-UNI 1751 Commerciale
1002.04.18 1 ALBERO SCANALATO C40 Scanalato 1 3/8" DIN 9611
1 Chiavetta A 8x7x40-UNI 6604 Commerciale
1002.04.19 1 ROSETTA DI ARRESTO Fe 360B
1 Vite T.S.E.I. M8x25-UNI 5933 Commerciale
1002.04.20 1 PIASTRA SUPPORTO FRENO Fe 430B
1
Freno A Polvere magnetica Completo Di Ventilatore
Cod. B.650.V V-220Commerciale
6 Vite T.C.E.I. M6x30-UNI 5931 Commerciale
4 Vite T.E. M12x45-UNI 5739 Commerciale
39
4 Ros.Piana Ø13x24-UNI 6592B Commerciale
5. LA PROGETTAZIONE
I macchinari da stampa del tipo da bobina a bobina sono
composti da gruppi autonomi e integrati. Nel nostro caso
avremo un gruppo svolgitore che avrà il compito di svolgere la
bobina di prodotto regolando la tensione in ogni condizione di
funzionamento, un primo gruppo stampa che avrà il compito di
applicare la vernice protettiva su di un lato del materiale, un
forno di asciugatura, un secondo gruppo stampa che
applicherà la vernice protettiva sull’altro lato del materiale, un
altro forno di asciugatura, una calandra di traino e un
avvolgitore. Analizzeremo ora questi gruppi uno alla volta.
5.1Svolgitore
Lo svolgitore è quel sistema di supporto della bobina di
materiale grezzo che deve poi essere “svolto” e trascinato all’
interno della macchina per poter essere stampato. Lo
svolgitore deve regolare la tensione del materiale svolto
garantendo un flusso costante e calibrato di materiale
all’interno del gruppo stampa sì da garantire il perfetto
trasferimento delle immagini. Per tal motivo si suddivide
ulteriormente in due parti fondamentali: l’asse di supporto,
solitamente detto asse svolgitore, che ha il compito di
40
sostenere la bobina e permetterne il movimento intorno
all’asse ed il sistema di controllo della tensione del materiale in
svolgimento.
5.1.1 Asse svolgitore
Con il termine asse svolgitore intendiamo il sistema che
supporta e tiene in posizione la bobina durante la lavorazione.
Questa unità è inserita sul telaio realizzato in lamiera
ossitagliata in acciaio Fe 440, di spessore 40 mm, lavorata poi
con macchine cnc per un adeguata precisione. Le due spalle
del telaio saranno lavorate in coppia per garantire adeguate
tolleranze dimensionali e di concentricità delle forature.
Robusti tiranti costruiti in acciaio C40 garantiscono la corretta
stabilità al sistema grazie a ghiere di centraggio. Come si
evince dallo schema (figura 5.1) la bobina è alloggiata su di un
albero espansibile avente i perni temprati ad induzione per
poter ruotare senza danneggiarsi a contatto con i cuscinetti di
sostegno, che inseriti in apposite bussole di contenimento,
sono vincolati rigidamente al telaio tramite due leve (una per
lato) comandate tramite elettrovalvola pneumatica da due
cilindri pneumatici.
La dimensioni massime delle bobine utilizzabili sull’asse
svolgitore, sono le seguenti: diametro 1200 mm e tavola 1200
mm, queste dimensioni sono imposte dalla geometria del
gruppo. Il materiale lavorabile sarà tessuto non tessuto wetlaid
già verniciato sui due lati, con uno spessore di 0,3 mm e
41
grammatura 70 g/m^2 mm, una di queste bobine contiene
circa 3750 m di materiale e avrà quindi un peso di circa 320
daN.
La massima velocità angolare a cui dovrà ruotare l’asse sarà
calcolata in corrispondenza della massima velocità lineare
della macchina e del minimo diametro della bobina:
ω=1000⋅V
π⋅D (1)
da cui sostituendo:
ω=
1000⋅200 (m /min )3 .14⋅90 (mm)
=707 ,38(giri /min )(2)
Si suppone ora che la sezione portante corrisponda al diametro
di 40 mm che ruota in una coppia di cuscinetti ad aghi tipo INA
RNA 6906. Il collegamento dell’ albero al sistema frenante
(vedremo in seguito nel prossimo capitolo a cosa ci si riferisce)
si ottiene tramite un giunto rigido movibile attraverso un’
apposita maniglia avente una sezione tipo profilo scanalato
DIN 9611-1 3/8” scelta più per la facilità di manovra che per l’
effettivo fabbisogno strutturale.
42
Figura 5.1 Schema asse svolgitore
Durante il funzionamento l’ asse è tenuto in posizione da due
apposite leve in acciaio (una per ogni lato della macchina)
azionate da due attuatori pneumatici aventi alesaggio 40 mm e
corsa 30 mm nei quali s’ immette aria compressa a 5 bar in
modo da ottenere un carico su ogni bussola portacuscinetto di:
F=(π⋅r 2(cm2 )⋅pressione (bar )) (3)
da cui sostituendo:
F=(π⋅22 (cm2 )⋅5(bar ))=62 ,83(daN ) (4)
Sapendo che il rapporto di leva dovuto alla diversa distanza fra
il centro di rotazione e l’ attacco del pistone (92 mm) e lo
stesso con il punto di applicazione della forza di serraggio (35
43
mm) corrisponde a 2,628 si ottiene dunque il carico di
bloccaggio delle bussole che per ogni lato corrisponde a:
C s=F⋅2,628=62 ,83 (daN )⋅2 ,628=165 .117 (daN ) (5)
Figura 5.2 Schema sistema bloccaggio pneumatico asse svolgitore
5.1.2 Dimensionamento freno
Si è scelto di utilizzare un freno a polvere magnetica in quanto
sono molti i pregi di questo tipo di prodotti. Ad esempio
rispetto ai freni pneumatici a pinza hanno una coppia
proporzionale alla corrente assorbita e indipendente dalla
velocità di scorrimento, grazie alle proprietà di bassa isteresi
magnetica della polvere la coppia è riproducibile, stabile ed
affidabile mentre il valore della coppia residua è molto basso,
44
queste caratteristiche permettono una grande precisione nel
controllo.
In prima approssimazione il freno andrà dimensionato in base
al valore di coppia frenante massima che dovrà erogare per
generare il tiro T.
Il massimo carico T sarà calcolato in funzione del materiale e
della larghezza di tavola,
T=l(cm)⋅T s(daNcm ) (6)
Nel nostro caso dalla scheda tecnica del tessuto non tessuto
spunlace otteniamo una tensione specifica Ts di 0,08daN/cm, la
larghezza l delle bobine sarà 120 cm a cui corrisponde
sostituendo nella (6) un carico massimo T di 9,6 daN. A questo
punto conoscendo il diametro massimo della bobina in
svolgimento (1,2 m) D si perviene a:
M t=12
D(m)⋅T (daN )=5 ,76(daN ) (7)
Si ricava quindi la potenza da dissipare necessaria per il
dimensionamento del freno:
Nd=( M t(daNm )⋅V l (m /min . ))6000 (8)
sostituendo quindi:
45
Nd=(5 ,76( daNm)⋅200(m /min . ))6000
=0 ,192(kW )
Ottenuta la coppia massima e la potenza da dissipare è stato
possibile scegliere un freno della ditta Re spa Controlli
industriali, il modello B.650.V con ventilatore di
raffreddamento forzato con Nd = 400 W e carico
massimo Mt pari a 6,5 daNm (figura 5.1.4)
Figura 5.3 Spaccato freno B650 V
1 Semicorpo interno 2 Semicorpo esterno 3 Flangia
interna
4 Flangia esterna 5 Rotore 6 Set parapolvere
7 Bussola 8 Bobina 9
Cuscinetti
10 Ventilatore
46
Il dimensionamento andrà ora verificato tenendo conto delle
coppie aggiuntive che si generano nei transitori di
accelerazione e decelerazione i parametri di cui dobbiamo fare
una verifica sono:
1. Le coppie necessarie per compensare gli attriti del
sistema
2. La coppia necessaria per compensare il momento
d’inerzia della bobina
Nel nostro caso dato che il materiale viene svolto “da sopra”
come possiamo vedere dal layout generale della macchina
durante la fase di accelerazione sia le coppie generate dagli
attriti che quella generata dal momento d’inerzia andranno ad
aiutare la frenatura e quindi potremo trascurarle nel caso
opposto invece in fase di decelerazione queste coppie
soprattutto quella dovuta al momento d’inerzia potrebbero
diventare problematiche in quanto il freno dovrebbe erogare
una coppia aggiuntiva per andare a compensarle.
Fortunatamente il peso non eccessivo del materiale e la scelta
di una rampa di accelerazione e decelerazione opportunamente
lunga ad esempio 80-120 secondi per raggiungere la velocità
massima rendono trascurabile l’effetto di queste coppie.
5.2Gruppo stampa e cilindro portaclichè
Il gruppo stampa flesso grafico è costituito da un telaio in
acciaio Fe 440 formato da due mensole laterali in lamiera
ossitagliata spessore 40 mm, lavorate in coppia alle macchine
47
utensili su tutte le superfici, in grado di alloggiare i supporti
dei vari cilindri e il sistema di avanzamento. Le mensole sono
fra loro legate per mezzo di 1 tirante diametro 40 mm con viti
umbrako M16 per il serraggio e l’allineamento. Il cilindro
contropressore verrà invece alloggiato nella struttura del telaio
dell’avvolgitore nel caso del primo gruppo e nella struttura
dello svolgitore per quanto riguarda il secondo gruppo. I 2
cilindri di contropressione sono costruiti in tubo di acciaio con
la superficie cromata e rettificata per resistere all’aggressione
degli inchiostri ed all’ usura dello strisciamento del materiale
durante il suo passaggio. Il diametro di questi rulli è
rigorosamente definito in 190,98 mm con una tolleranza pari a
h6. Questa misura poco pratica è comunque indispensabile a
causa del sistema di ingranaggi che viene adottato per poter
ottenere corretti formati di stampa. Vedremo più in dettaglio
nel paragrafo 5.2.6 queste ragioni.
I rulli di contropressione ruotano entro 4 cuscinetti a sfera
(tipo 6008 2RS) che assicurano la perfetta stabilità essendo
direttamente alloggiati in apposite tasche ricavate
direttamente nelle spalle del gruppo avvolgitore e svolgitore, i
due cilindri di contropressione sono mossi da un riduttore a
vite senza fine rapporto 1:7 direttamente azionato da un
motore trifase Asincrono con controllo vettoriale.
48
Figura 5.4 Schema assemblaggio rullo contropressore
5.2.1 Rullo portaclichè
Il rullo portaclichè, è alloggiato entro due supporti apribili per
la sua sostituzione (tramite due viti M8 ciascuno) e può
ruotare o in due bronzine di B14 dotate di canale e foro di
carico per lubrificazione a gravità o in due cuscinetti ad aghi.
La scelta delle bronzine è legata soprattutto al fatto che con
esse si possono raggiungere tolleranze costruttive più strette
rispetto a cuscinetti ad aghi di pari caratteristiche garantendo
una maggior precisione nella rotazione a discapito della loro
durata inferiore. Nel nostro caso la stampa di “fondi pieni” per
cui è stata pensata la macchina non necessita di uno stretto
controllo di registro e quindi si preferirà utilizzare i cuscinetti
ad aghi che offrono una maggior durata.
49
I cuscinetti saranno dei RNA 4907 con Ci 40 mm, De 50 mm e
L 30 mm12 sono stati scelti per limitare gli ingombri dei
cuscinetti senza anello interno quindi la superficie del cilindro
portacliché a contatto con i rullini dovrà essere temprata ad
induzione per aumentarne la durezza.
Figura 5.5 Schema Cuscinetto RNA 49
In tutto il gruppo stampa la progettazione sia dei rulli che dei
supporti tiene conto delle regole del DFM in quanto il cilindro
portaclichè è perfettamente simmetrico e cosi i suoi supporti,
anche i cappelli di chiusura sono intercambiabili.
Per assicurare che la forma di stampa (cliché) non tocchi il
materiale quando la macchina sè ferma per qualsiasi ragione
(messe a punto, pulizia, inizio inchiostrazione, ecc), i supporti
del rullo portaclichè sono costruiti per assicurare lo “stacco” 12 Catalogo Nadella Cuscinetti a rullini CG06I
50
dello stesso che avviene in maniera verticale per mezzo di un
apposito impianto oleodinamico. Per ottenere ciò il supporto è
stato progettato in due parti, una mobile nella quale si monta il
rullo, ed una fissa in cui è stata ricavata una camera che
attraverso un pistone avvitato sulla parte mobile ne permette i
movimenti grazie all’ olio che viene inserito tramite un
apposito circuito. Per garantire la precisione dell’
accoppiamento fra i due pezzi nella posizione di lavoro, su
entrambe si generano due superfici coniche che si
compenetrano. A questo punto considerando che il diametro
del pistone è di 40 mm e la centralina oleodinamica di servizio
può garantire una pressione dell’ olio pari a 30 bar possiamo
calcolare la massima forza di sollevamento del gruppo di
stacco per ogni lato:
F s=( π4⋅16 )⋅30=376 ,98(daN )
(10)
Si evince che la forza di sollevamento indicata è più che
abbondante in quanto i rulli portaclichè essendo costruiti in
tubo di acciaio rettificato avranno un peso inferiore a 30 kg.
Allo stesso modo si calcola la forza di serraggio del supporto in
posizione di lavoro considerando il diametro dello stelo del
pistone pari a 25 mm:
Fb=( π4⋅(16−6 . 25 ))⋅30=229 ,72(daN )
(11)
51
alla quale si aggiunge il peso del rullo stesso.
Per facilitare le operazioni di assemblaggio del clichè sulla
superficie dei rulli portaclichè vengono eseguite righe
longitudinali e righe trasversali che compongono una maschera
di riferimento per l’operatore.
Figura 5.6 Schema gruppo portaclichè
5.2.2 Rullo retinato
Il rullo retinato, detto anche in gergo anilox, è ricavato
direttamente dal pieno, uno spezzone di barra di acciaio C40
laminato, per mezzo di tornitura su CNC, dopodiché la sua
superficie viene incisa meccanicamente con un sistema simile
alla godronatura di precisione. Si ottengono così un certo
numero di cellette di sezione tronco-piramidale che
assicureranno il trasferimento dell’ inchiostro dal rullo
inchiostratore alla forma di stampa. La sezione ed il numero di
cellette per cm dipende principalmente dal tipo di stampa si
52
voglia ottenere e dal tipo di inchiostro da trasferire. Nel caso in
esame la macchina è stata pensata per la stesura di una
vernice di protezione della stampa su tessuto non tessuto si
riduce ad una “stampa al tratto”a fondo pieno (nella stampa al
tratto in poche parole l’ immagine è ottenuta come un timbro,
non come la quadricromia che è costituita da un insieme di
punti). Dopo queste considerazioni si è pervenuti alla scelta
della dimensione adeguata per i nostri scopi delle celle: 80
linee/cm (64 celle per cm²) con una profondità di 24 mm. Il
rullo retinato come si può vedere dalla figura 5.7 è supportato
da 2 cuscinetti a sfere (6206 2RS) ed ha un diametro di 92,307
mm.
Figura 5.7 Schema montaggio rullo retinato
53
Figura 5.8 A lato tabella retini
tronco piramidali, in alto
immagine al microscopio degli
stessi.
In base alla geometria del retino si può stabilire quale sarà la
quantità di inchiostro che potrà essere trasferita in via teorica,
conoscendo la finezza di retino (quante celle si trovano per cm
lineare) si può ricavare la densità di retino n e conoscendo il
volume delle singole celle V si determina dalla relazione:
Q=n⋅V (12)
quindi sapendo che le celle hanno la forma tronco piramidale si
può determinare il volume con semplici passaggi geometrici,
che corrisponde a 1,32 , e come abbiamo visto la densità di
54
retino scelta corrisponde a 64 celle/cm² per cui sostituendo
nella (12)
Q=64⋅10−6⋅1 ,2710−7
=8 ,13( g/m2 ) (13)
Questo valore teorico è dato esclusivamente in base alla
geometria, in realtà per come è realizzato il sistema
d’inchiostrazione (complesso rullo retinato - rullo gommato)
può essere significativamente influenzato dallo schiacciamento,
più o meno marcato, fra i due rulli. Oltre a ciò uno dei fattori
che ne influenzano notevolmente il trasferimento e la viscosità
stessa dell’inchiostro che deve essere costantemente
monitorata con sistemi manuali (tazze Ford n°4 o tazze Zahn
n°4) o automatici (sistemi controllo viscosità elettronici) e
mantenuta costante in base ai valori indicati dai produttori.
5.2.3 Rullo inchiostratore
Come il rullo retinato anche il rullo inchiostratore è ricavato
dal pieno laminato in C40 per tornitura cnc, la sua superficie
viene poi rivestita per uno spessore di 10 mm di uno speciale
polimero. Il diametro esterno compreso del rivestimento è di
105 mm con una tolleranza pari ad h6 (il rullo viene rettificato
55
dopo il rivestimento simultaneamente sulla tavola e sui perni
portanti i cuscinetti). Il rivestimento è stato scelto in funzione
del tipo d’ inchiostro con una durezza pari a 70 sh.
Il rullo tramite 2 cuscinetti a sfere (6206 2RS) allocati in due
supporti aventi la possibilità di avvicinarsi in maniera
indipendente da ogni lato al rullo retinato, per mezzo di una
vite M14 ed una molla di contrasto. La funzione principale dell’
inchiostratore è il trasferimento dal calamaio (vaschetta in
acciaio inox) al rullo retinato dell’ inchiostro da stampare,
perciò deve rimanere immerso nel liquido per circa 18 mm.
Oltre al trasferimento esegue la dosatura del quantitativo da
trasferire grazie alla pressione che viene esercitata sul retinato
stesso in modo che solo il contenuto ben definito all’ interno
delle cellette incise viene poi trasferito da questo ultimo sulla
forma di stampa. La regolazione dello schiacciamento fra i due
rulli può entro certi limiti (circa 610%) variare la quantità di
inchiostro che viene trasferita, capacità che viene ampiamente
sfruttata dagli operatori più esperti per variare e correggere l’
intensità delle immagini stampate o come nel nostro caso la
quantità di vernice protettiva da applicare.
56
Figura 5.9 Schema assemblaggio rullo gommato.
Durante i fermi macchina per evitare l’essicazione
dell’inchiostro il rullo gommato viene tenuto in movimento
attraverso un motore idraulico orbitale, questo movimento
viene detto “macinazione”.
5.2.4 Sistema di avvicinamento
La stampa flessografica è per definizione una stampa che si
ottiene non tramite pressione ma tramite contatto, per
ottenere i migliori risultati deve essere eseguita una
regolazione per quanto possibile molto fine fra i vari elementi
(rullo portaclichè – contropressore; rullo anilox – rullo
portaclichè). Per raggiungere ciò ogni rullo è regolabile
tramite una vite M16 con passo fine da 1 mm, così l’ operatore
esperto sarà in grado di “sentire” l’approcciarsi della stampa e
verificare visivamente il risultato. Oltre all’ esigenza della
57
regolazione fine è rilevante il problema della sostituzione del
rullo portaclichè che va eseguita ogni qual volta si debba
cambiare l’ immagine di stampa. Si è sviluppato così un
sistema consistente in due scatole di riduzione comandate da
un solo albero di trasmissione, azionato manualmente
mediante un volantino. Ogni scatola, ricavata da una fusione in
alluminio lavorata su un centro di lavoro CNC, è dotata di un
pignone a denti ortogonali che ingaggia due ruote dentate;
quella superiore che agisce sulla vite del supporto anilox,
mentre quella inferiore che agisce su tutto il sistema e
consente l’ avvicinamento fra il rullo retinato ed il
contropressore. Le ruote condotte non sono calettate
direttamente sulle viti ma sono dotate di 12 fori radiali di
diametro 5,2 mm nei quali può essere inserita una spina
temprata diametro 5 con tolleranza h6 forzata in uno speciale
volantino calettato tramite linguetta sulla vite; in questo modo
è possibile muovere separatamente (estraendo il volantino)
oppure insieme (inserendo il volantino) tutte e quattro le viti
agendo sull’ albero centrale.
58
Figura 5.10 Vista laterale del sistema di approccio
Figura 5.11 Vista frontale del sistema di approccio
Come si può vedere anche tutto il gruppo di movimentazione è
stato progettato secondo le linee guida della tecnica DFM:
1. Le scatole di avanzamento dei due lati sono
perfettamente identiche tra loro e intercambiabili su
ogni gruppo stampa realizzato dalla nostra azienda.
59
2. Le viti di avanzamento sono di pari lunghezza e
vengono prodotte
5.2.5 Trasmissione ad ingranaggi
La trasmissione ad ingranaggi del gruppo stampa è molto
importante; nel campo flessografico gli ingranaggi non
vengono scelti secondo i criteri canonici del dimensionamento
ad usura o sulla base della resistenza del dente ma sono
selezionati solo per problemi geometrici legati alla stampa
(ovviamente ad un analisi canonica risultano sovradimensionati
dato le potenze irrisorie in gioco, sperimentalmente sono stati
eseguiti dei test di assorbimento per ogni gruppo colore che
hanno appurato che ciascuno assorbe circa 0,75 kW). Il primo
problema da risolvere è generato dalla formazione di “battute”
(cioè righe trasversali di tonalità diversa da quella dell’
inchiostro in stampa) quando gli ingranaggi del retinato, del
portaclichè e del contropressore non lavorano perfettamente
sui loro diametri primitivi (va ricordato che per la tipologia di
costruzione e d’uso delle macchine flessografiche gli interassi
fra tali ingranaggi non possono essere fissi e possono subire
leggere variazioni). Bisogna quindi utilizzare ingranaggi a
denti elicoidali che garantiscono sempre almeno più di 2 denti
in presa eliminando di fatto il problema delle “battute”. In
secondo luogo, ma decisamente più rilevante, bisogna fornire
al cliente la possibilità di stampare immagini di dimensioni
corrette: in altre parole metriche utilizzando quindi una
60
geometria che abbia come passo circonferenziale 10 mm, cioè
ci consenta (nell’ ambito dei formati massimo e minimo 250-
800 mm) di approntare cilindri portaclichè che possano variare
di 10 in 10 mm. Da queste premesse e dagli usi comuni
del settore siamo pervenuti alla scelta della geometria che
secondo le definizioni ISO-UNI corrisponde ai seguenti dati:
passo: 10 mm
modulo normale: 2,75 mm
modulo trasversale: 3,183 mm
angolo di pressione a: 20°
angolo dell’ elica b: 30° 14’ 07” (senso dell’ elica in base all’
ingranamento)
Da cui è possibile ricavare quindi i diametri dei vari rulli:
Contropressore: D = N° denti x Mt = 60 x 3,183 = 190,98 mm
Retinato: D = N° denti x Mt = 29 x 3,183 = 092,31 mm
Inchiostratore: D = N° denti x Mt = 33 x 3,183 = 105,04 mm
Per quanto riguarda il rullo portaclichè bisogna considerare:
innanzitutto che deve essere maggiore di 250mm e minore di
800 mm di circonferenza, deve avere un valore di 10 in 10 mm,
e va considerato poi lo spessore della forma di stampa
(fotopolimero) e del bi-adesivo di ancoraggio dello stesso.
Vediamo ora un esempio. Se si volesse calcolare il diametro di
un cilindro portaclichè in grado di stampare uno sviluppo pari
61
a 500 mm sul quale va adagiato un fotopolimero con del bi-
adesivo il cui spessore totale corrisponde a 3 mm (2,8 polimero
+ 0,2 bi-adesivo), si deve applicare la seguente formula:
Dpc=( Svp
⋅M t)−2⋅(sf +sad ) (14)
da cui sostituendo:
Dpc=(50010
⋅3 ,183)−2⋅(2,8+0,2 )=153 ,15(mm ) (15)
La terna di ingranaggi ovviamente possiede il senso dell’ elica
che favorisce l’ ingra-namento: destro per il contropressore e
l’ anilox, sinistro per il portaclichè. Per ragioni economiche,
oltre a scegliere per la costruzione dei due ingranaggi destri
l’acciaio C40 ed eseguire la tempra ad induzione sui denti e la
relativa rettifica, si è scelto di tagliare l’ingranaggio del
portaclichè in ghisa G25 dato che viene impiegato in misura
minore (non sempre si stampa lo stesso formato) e perché
risulta molto più semplice da sostituire.
5.2.6 Dispositivi di registro
62
Nelle macchine da stampa flessografiche una delle questioni
tecnologiche più spinose è rappresentata dalla necessità, per la
creazione di immagini multicolore, del corretto posizionamento
dei vari colori fra di loro che deve avvenire durante la fase di
stampa, a tale scopo sono stati sviluppati due dispositivi che
consento: uno il movimento relativo del rullo portaclichè
trasversale rispetto al materiale in lavorazione (registro
assiale) e l’ altro il movimento nel senso del moto dello stesso
(registro longitudinale o circonferenziale). Nel nostro caso
il registro longitudinale non ha molta importanza in quanto i
due colori verranno stampati sui due lati opposti e non
dovranno sovrapporsi, il registro assiale invece rimane
importante per la centratura del clichè di stampa.
Il registro assiale è ottenuto tramite un volantino filettato che
si muove lungo un alberino filettato M16 fissato sul supporto
del rullo portaclichè. Sul volantino, ricavato per mezzo di
tornio cnc dal pieno di C40, è ricavata una gola che ingaggia
un apposito cuscinetto a sfere (16008) alloggiato su una
bussola calettata sul perno del portaclichè per mezzo di due
grani a testa piana M12 lunghezza 10 mm. Un apposita ghiera
di serraggio consente di bloccare il volantino una volta
raggiunta la posizione desiderata.
63
Figura 5.12 Schema registro assiale
Il registro longitudinale sfrutta invece le proprietà
geometriche degli ingranaggi elicoidali, cioè il principio che gli
stessi possono cambiare la fase (posizione relativa) a seconda
della loro posizione laterale. Utilizzando un ingranaggio sul
portaclichè avente 16 mm di spessore che ingrana una ruota di
50 mm di spessore sul contropressore, il primo potrà spostarsi
durante il moto, senza influenzare le caratteristiche d’ ingra-
namento, di 22 mm da un lato e 22 mm dall’ altro. Si vuole
vedere ora in dettaglio cosa si ottiene dalla geometria dei denti
considerando l’ angolo d’inclinazione dell’ elica b pari a
30,24° :
Rl=Δt⋅sin β=22⋅30 ,24 °=11 ,08(mm ) (16)
Da cui si deduce che il campo di registro corrisponde a 611,08
mm (totale 22,16 mm). L’ ingranaggio del portaclichè si
assembla su un disco di acciaio C40 con la superficie temprata
64
per resistere all’ usura, una coppia di cuscinetti a sfere (6201
2RS) provvede a tenerlo in posizione e guidarlo dal momento
che sono inseriti in un supporto regolabile da un volantino.
Figura 5.13 Schema registro longitudinale
5.2.7 Sistema calamaio
Come abbiamo già introdotto per poter stampare il rullo
gommato deve essere messo in contatto con l’inchiostro in
modo da poterlo trasferire all’anilox e quindi al polimero per
poterlo stampare, essendo in fase liquida deve essere
contenuto in un apposito gruppo calamaio (bacinella) in acciaio
inox (AISI 316) spessore 15/10 mm che risulta composto da
quattro elementi fondamentali:
il calamaio vero e proprio, cioè la vaschetta dotata di
scarico con rubinetto a sfera da 1” G per il recupero
dell’inchiostro avanzato a fine lavorazione
65
le tenute laterali a labirinto, che impediscono agli
spruzzi di inchiostro generati dal contatto fra il rullo
gommato e il rullo retinato di fuoriuscire lateralmente dal
calamaio
il coperchio è dotato di un’apposita feritoia richiudibile
per il carico dell’inchiostro fresco che può avvenire o
manualmente o tramite una piccola pompa pneumatica di
ricircolo.
Una delle maggiori difficoltà incontrate dagli stampatori è la
pulizia accurata del gruppo colore dai residui dell’inchiostro a
fine lavorazione, in quanto per le caratteristiche chimiche dei
pigmenti stessi minime quantità di inchiostro di tonalità scura
possono inquinare pesantemente anche notevoli quantità di
inchiostro di tonalità chiara, rendendo quindi vano il lavoro
svolto in cucina colori per garantire una determinata tonalità.
Il gruppo calamaio è concepito quindi cercando di semplificare
nel modo più efficace possibile le procedure di pulizia e
garantirne la massima completezza da parte dell’operatore, in
tal senso sia il coperchio sia il calamaio sono fissati con
sicurezza solo mediante incastro, non presentano superfici a
spigolo vivo (molto difficili da pulire) e soprattutto sono
costruiti, come abbiamo già visto, in materiale che non viene
aggredito chimicamente dall’inchiostro stesso. Per facilitare
l’estrazione del coperchio due apposite maniglie sono saldate
sulla sua sommità, mentre il calamaio è appoggiato in un
dispositivo di supporto (alzabacinella) composto da due settori
66
dentati, uno per lato, con avvitato sulla sommità due piastre di
supporto sulle quali si andrà ad adagiare lo stesso. I settori
dentati ingranano in due rocchetti calettati su un albero di
tondo rettificato in acciaio C40 diametro 16 mm, il quale è
dotato di un’apposita leva di manovra che consente la sua
rotazione e la conseguente salita e discesa dei supporti in
maniera sincrona. Due maniglie a ripresa dotate di vite M6
garantiscono la posizione stabile della bacinella durante il
lavoro. Va da sé che l’estrazione del calamaio avviene dopo
aver abbassato il suo sistema di supporto agendo manualmente
sulla leva, riportiamo di seguito nella figura 5.14 un immagine
del sistema.
Figura 5.14 Particolare sistema movimento bacinella
67
Data la speciale tipologia dei due gruppi stampa, si
installeranno anche due vasche di alimentazione dell’inchiostro
dotate di viscosimetro, posizionate sul fianco della macchina,
questo permetterà di mantenere costanti le caratteristiche
della vernice utilizzata per stampare durante tutto il
funzionamento giornaliero dell’impianto.
Esistono in commercio dei sistemi di controllo della viscosità
già sviluppati che si possono integrare nella nostra macchina,
in figura possiamo vedere lo schema funzionale del sistema
FKR-F4 della “Fasnacht+CO”13 il sistema verrà integrato
nell’impianto elettrico della macchina e sarà montato sul fianco
dei telai in corrispondenza dei due gruppi stampa.
13 Catalogo FASNACHT+CO Ed. 2010
68
Figura 5.15 Schema di principio sistema regolazione viscosità
5.3Rotelle di pressione in ingresso
Per consentire la corretta introduzione del materiale nel
gruppo stampa, sul primo rullo di contropressione agiscono 4
rotelle diametro 120 mm con superficie gommata resistente
all’usura con durezza 80 sh. Le rotelle di larghezza 30 mm
ruotano libere entro cuscinetti (16011) alloggiati su opportuni
supporti in acciaio C40 che tramite un foro eccentrico
diametro 30 mm sono montati su un albero anche esso in
acciaio C40 azionato da un cilindro pneumatico (alesaggio 40
69
mm e corsa 75 mm) che ne consente la rotazione di circa 45°.
In posizione comoda per l’operatore ogni supporto portarotella
è dotato di un grano M12 di serraggio per renderlo solidale
con l’albero di supporto. L’operatore può quindi stabilire la
posizione dove la rotella ingaggerà il materiale in ingresso e
agendo sul comando pneumatico si può ingaggiare o liberare il
rullo di contropressione.
Figura 5.16 Schema assemblaggio rotelle di pressione ingresso
5.4Sistema d’essicazione
5.4.1 Studio essicazione inchiostro
Lo studio del sistema di essicazione è legato strettamente alla
scelta dell’inchiostro o delle vernici da usare all’interno dei
gruppi stampa. Un inchiostro flessografico è composto da tre
70
ingredienti base: solvente, resine, pigmenti o coloranti a cui
possono essere aggiunti degli additivi per migliorare alcune
caratteristiche.14
Il solvente: compito fondamentale del solvente negli
inchiostri da stampa è quello di fare da base al veicolo
permettendo alle resine e ai pigmenti di disciogliersi in
forma liquida. Il buon trasferimento dell’inchiostro
dipende dalla tensione superficiale e dalla reologia. I
solventi hanno soprattutto effetto sulla tensione
superficiale, mentre le resine sono più determinanti nei
confronti della reologia. Esistono tre principali tipi di
solventi usati nel campo flesso grafico:
o Acqua
o Solventi chimici tradizionali (Acetato di etile, alcol
isopropilico)
o Solventi chimici per essicazione UV
Le resine: Uno degli elementi principali nella
composizione del veicolo è la resina; la sua scelta è
determinata da numerosi fattori, quali proprietà
filmogene, adesione al supporto, stampabilità e resistenze
finali richieste allo stampato. L’adesione dell’inchiostro al
supporto è una delle proprietà delle resine. In pratica per
ottenere buone proprietà di adesione le resine devono
14 Il procedimento flesso grafico. Di Seglio Valerio Ed. Scuola Grafica S.Zeno 2004
71
essere considerate secondo il peso molecolare e la
polarità.
Pigmenti e coloranti: I pigmenti sono composti chimici più
o meno complessi, che allo stato di dispersione finissima
sono in grado di procurare colore al veicolo in cui sono
incorporati; la caratteristica essenziale che li distingue
dai coloranti, è la loro insolubilità nei veicoli e nei
solventi. Devono inoltre possedere inerzia chimica nei
confronti delle sostanze con cui vengono a contatto, allo
scopo di evitare reazioni indesiderate. Uno dei sistemi
comunemente adottati per la classificazione dei pigmenti,
è quello di dividerli in due gruppi secondo la loro
composizione chimica:
o pigmenti inorganici;
o pigmenti organici.
I coloranti, al contrario dei pigmenti, sono composti
chimici solubili nei veicoli e nei solventi; il loro principale
campo di applicazione è la produzione di inchiostri
“liquidi”. Le loro caratteristiche essenziali, oltre alla
solubilità, sono la trasparenza e la forza colorante. Tranne
72
alcune eccezioni, i coloranti hanno scarsa solidità alla
luce e limitate resistenze agli agenti chimici.
Figura 5.17 Tabella composizione indicativa inchiostri da stampa15
Le vernici protettive utilizzate nei nostri gruppi stampa hanno
una composizione simile a quella degli inchiostri ma in luogo
di pigmenti e coloranti avranno in sospensione:
Cere o siliconi: che daranno alla vernice una volta
essicata proprietà di resistenza allo sfregamento.
15 Catalogo SINTOCHEM Ed. 2008
73
Tensioattivi: che migliorano la solubilità delle cere e dei
siliconi nel solvente per rendere le vernici più omogenee.
Additivi: quali lucidanti o antischiumogeni che migliorano
le caratteristiche della vernice 16
Visto l’uso alimentare del prodotto finito in uscita dal nostro
processo di spalmatura sono state subito scartate le vernici a
base solvente chimico, in quanto non si avrebbe una perfetta
garanzia di non contaminazione. Gli inchiostri con solvente per
essicazione UV si stanno molto diffondendo ma hanno un costo
molto elevato non giustificabile vista la “bassa” qualità del
processo di finitura che sarà effettuato in questo impianto.
La scelta ricadrà quindi su delle vernici con base acquosa
(Aqueous or Water-Based Coatings) più difficili da essiccare ma
che garantiscono un costo e una sicurezza d’uso non
raggiungibile con gli altri 2 tipi.
Per fissare l’inchiostro sul materiale da stampare è necessari
costo che la parte liquida venga evaporata, è essenziale che
tutto il solvente nella fase di essiccazione sia rimosso dalla
stampa prima del riavvolgimento in bobina onde evitare
problemi di controstampa o di incollaggio.
E’ stato quindi predisposto un apposito sistema di circolazione
di aria calda forzata ed un adeguato sistema di estrazione del
solvente. La soluzione tecnica più comune nel campo
flessografico che ormai ha preso piede da almeno 20 anni è
quella del sistema a lame soffianti (air jet blowers). Consiste di
un sistema in grado di fornire un getto d’ aria con una portata
16 PITTURE E VERNICI - EUROPEAN COATINGS 2/2007
74
ed una velocità adeguata necessarie per estrarre le molecole di
solvente dall’ inchiostro in fase liquida. Nella seguente figura
5.15 si può vedere lo schema di principio. Anche se
normalmente le vernici impiegate saranno a base acquosa il
sistema di essicazione verrà sviluppato in modo da permettere
l’uso nei gruppi stampa di inchiostri con solvente.
Per il fatto che il solvente può essere una sostanza volatile e
facilmente infiammabile (acetato di etile e metiletilchetone) la
macchina è dotata di un sistema di evacuazione calcolato in
base al limite inferiore d’ esplosione (LEL) che rappresenta il
volume di solvente nella miscela (combustibile-ossigeno)
troppo basso per permettere la combustione, a causa della
mancanza di molecole combustibili.
Figura 5.18 Schema di flusso dell'aria nell' essicatore
75
Visto che la vernice dovrà essere applicata su tutte e due i lati
del materiale la sezione essiccazione è suddivisa per evitare
problemi di controstampa e di imbrattamento in due parti:
FORNO D’ESSICAZIONE INTERMEDIO
FORNO D’ ESSICAZIONE FINALE
I due forni saranno sovrapposti ed avranno le stesse
caratteristiche in quanto l’essicazione dovrà essere omogenea,
opportuni sistemi di regolazione della temperatura
permetteranno di ottenere il giusto grado di essicazione senza
comportare problemi per il tessuto non tessuto.
5.4.2 Forno d’ essicazione
Collocato fra i due gruppi principali, gruppo svolgitore e
gruppo avvolgitore, vi è l’ elemento strutturale di collegamento
ed è dotato di due forni d’ essiccazione con lame soffianti (con
5 ugelli) ed un canale di aspirazione posto sotto i rulli folli di
supporto del materiale, concepito con 4 fori di aspirazione . Il
volume di aria in aspirazione per ragioni di sicurezza, deve
essere più elevato del volume d’ aria spinto nel forno dal
ventilatore principale. Il forno per quanto abbiamo appena
scritto lavora in depressione in modo da non lasciare che si
accumulino sacche di miscela aria solvente che possano
superara i limiti di sicurezza imposti.
76
Figura 5.19 Schema forni asciugatura
Il dimensionamento dei ventilatori di mandata ed aspirazione è
stato eseguito in funzione del livello di concentrazione in cui
non vi è abbastanza combustibile per la propagazione della
fiamma questo limite viene definito LEL (Lower explosion limit)
ed è stabilito dalla normativa ATEX17, il LEL per l’ acetato di
etile in base alla normativa è del 2%. Come si può vedere
dalla tabella estratta dalla guida CEI 31-35
17 Guida ATEX D-ATX-1 Ing. Fausto di Tosto
77
Figura 5.20 Tabella caratteristiche sostanze infiammabili
La quantità di solvente prodotta durante il processo di stampa
dalla macchina è una funzione lineare della larghezza del
materiale e della percentuale di superficie stampata;
considerando una vernice protettiva composta dal 65% di
contenuto secco e dal 35% di solvente. Il peso del contenuto
secco sarà di circa 5-8 g/m², questo dato si ottiene misurando
e paragonando la grammatura del materiale prima e dopo
l’applicazione della vernice. Ipotizzando quindi per un fondo
pieno (100% di copertura) un peso medio della vernice di 6,5
g/m² la quantità di solvente da far evaporare per m² sarà di
3,5 g/m²
Q solvente=Qsec co⋅3565
=3,5g /m2
(17)
78
In tabella possiamo calcolare la quantità di solvente da far
evaporare alle varie velocità di produzione, per i calcoli si è
utilizzata come ipotesi restrittiva di utilizzare aria a 120°C
Larg. Velocità AreaQuantità solvente
da evaporareLEL
Aria
necessaria
per diluire
Quantita’ oraria
di solvente da
smaltire
m m/min m²/min g/min % m³/h g/h
1,2 20 24 84 2 311 5040
1,2 30 36 126 2 467 7560
1,2 40 48 168 2 622 10080
1,2 50 60 210 2 778 12600
1,2 60 72 252 2 933 15120
1,2 70 84 294 2 1089 17640
1,2 80 96 336 2 1244 20160
1,2 90 108 378 2 1400 22680
1,2 100 120 420 2 1556 25200
1,2 120 144 504 2 1867 30240
1,2 140 168 588 2 2178 35280
1,2 160 192 672 2 2489 40320
1,2 200 240 840 2 3111 50400
Figura 5.21 Tabella Calcolo portata aria per stampe fondo pieno
Sulla base dei calcoli sopra eseguiti abbiamo scelto un
ventilatore di mandata dal catalogo della ditta Moro s.r.l.
(costruttore di ventilatori italiano) sulla base del seguente
diagramma:
79
Figura 5.22 Diagramma prevalenza-portata ventilatore MM252
Si tratta di un ventilatore centrifugo modello MM252 (dotato di
motore asincrono trifase a 2800 giri/min. e potenza pari a 2,2
kW) con portata di 3500 m³/h e circa 1800 Pa di prevalenza.
0 50 100 150 200 2500
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Andamento portata d'aria (m^3/h) / velocità di stampa (m/min)
Stampa fondo pieno50% coprenza
Figura 5.23 Diagramma e tabella volume aria richiesto in funzione alla velocità
80
Una volta trovata la portata d’aria dobbiamo calcolare la
potenza necessaria per raggiungere l’opportuna temperatura
di essiccazione dell’ inchiostro, ricordiamo che il riscaldamento
dello stesso all’ interno del forno favorisce decisamente l’
evaporazione del solvente che avviene principalmente per due
fenomeni fisici, in primo luogo per l’eli-minazione dello strato
superficiale di vapor saturo da parte dei soffiatori ed in
secondo luogo per l’ aumento dell’ agitazione molecolare
dovuta al riscaldamento dello stesso.
Per garantire il corretto apporto di calore in tutte le condizioni
di funzionamento della macchina, dalle meno gravose alle più
gravose, si è pensato di concepire lo scambiatore di calore in
maniera modulare. Tenendo in considerazione che la potenza
massima installata è di 27 kW lo scambiatore di calore è
suddiviso quindi in 3 sezioni indipendenti:
I sezione pari al 50 % del totale (13,5 kW)
II sezione pari al 25% del totale (6,75 kW)
III sezione pari al 25% del totale (6,75 kW)
In questo modo il sistema di controllo della temperatura potrà
scegliere la corretta potenza necessaria per raggiungere e
mantenere la temperatura desiderata Nel diagramma di figura
5.19 è riportata la capacità di essiccamento del sistema di
resistenze.
81
0 20 40 60 80 100 120 140 1600
5
10
15
20
25
30
Drying capacity
Series2
I section
I+II sections
All sections
temperature °C
po
we
r k
W
Figura 5.24 Diagramma capacità d'essicazione
82
Figura 5.25 Tabella calcolo capacità d'essicazione
Flusso
ariaTemp. Pot Pot 1+at k
mc/h °C kCal/h kW/h
3500 20 0 0 0,9317 0,328432
3500 30 9852,957 2,353788 0,9317 0,328432
3500 40 19705,91 4,707576 0,9317 0,328432
3500 50 29558,87 7,061364 0,9317 0,328432
3500 60 39411,83 9,415152 0,9317 0,328432
3500 70 49264,78 11,76894 0,9317 0,328432
3500 80 59117,74 14,12273 0,9317 0,328432
3500 90 68970,7 16,47652 0,9317 0,328432
3500 100 78823,66 18,8303 0,9317 0,328432
3500 110 88676,61 21,18409 0,9317 0,328432
3000 120 98529,57 23,53788 0,9317 0,328432
A questo punto si ricava la portata dei ventilatori di
evacuazione aria-solvente che per ragioni di sicurezza negli usi
viene imposta circa il 30% superiore a quella di mandata, per
garantire la totale asportazione del solvente. Per raggiungere i
migliori risultati e semplificare il più possibile il sistema di
condotti d’ aspirazione, vengono impiegati due aspiratori
identici dedicati: uno per ogni forno.
Allo stesso modo del ventilatore di mandata sfruttando lo
stesso catalogo della ditta Moro s.r.l. si è pervenuti alla scelta
del modello MN602 (motore da 2,800 giri/min. e potenza 1,1
kW) corrisponde ad un ventilatore centrifugo con portata 2000
m³/h e prevalenza 1400 Pa, usati in coppia si raggiunge una
capacità d’ evacuazione pari a 4000 m³/h sufficiente per i
nostri scopi. (figura 5.20)
Figura 5.26 Diagramma prevalenza-portata ventilatore MN 602
L’ultima questione inerente l’essicazione riguarda le
dimensioni delle sezioni soffianti (soffierie o air jet blowers).
Come si rileva dalla figura 5.16 l’ essiccazione dell’ inchiostro
83
si ottiene soffiando un getto d’ aria perpendicolarmente sul
materiale che scorre all’ interno della macchina. Per evitare
che la turbolenza dell’ aria disturbi il moto del materiale, i getti
sono situati in corrispondenza ad un rullo folle d’ alluminio sul
quale scorre. Per ogni forno si è deciso di installare 5 rulli di
supporto in corrispondenza ai 5 getti soffianti. La velocità del
flusso d’aria verticale in uscita ad ogni soffiatore è chiamata
velocità d’ugello (nozzle velocity) ed è una funzione diretta
della sezione soffiante e del volume d’aria che l’ attraversa (per
il noto teorema di Bernoulli). Esperimenti condotti su macchine
precedenti hanno mostrato che un accettabile valore di
velocità dell’ aria oscilla fra un minimo di 20 m/sec ed un
massimo di 50 m/sec. Velocità troppo piccole non permettono
un riscaldamento omogeneo mentre getti d’aria troppo forti
provocano problemi di stabilità del materiale. Il getto d’aria
perde velocità quando incontra lo strato limite sviluppato nel
processo quando il materiale è trainato all’ interno della
macchina. Si raggiunge così la velocità di contatto
(impingement velocity) quando colpisce lo stesso. Questa
velocità è funzione diretta della velocità in uscita dall’ ugello e
dalla distanza fra l’ ugello ed il materiale (nozzle gap). I testi
specifici e l’ esperienza raccomandano di utilizzare nozzle gap
fra 18 e 25 mm di modo che la perdita di velocità possa essere
contenuta fra il 10% ed il 15%, su queste basi si calcolano
quindi le dimensioni degli ugelli soffianti (detti in gergo lame d’
aria).
84
injet air
volumewidth air speed nozzles
nozzle
width
I.V. gap 25
mm (15%)
mc/h m m/sec Mm m/sec
3000 1 20 5 8,333333 17
3000 1 25 5 6,666667 21,25
3000 1 30 5 5,555556 25,5
3000 1 35 5 4,761905 29,75
3000 1 40 5 4,166667 34
3000 1 45 5 3,703704 38,25
3000 1 50 5 3,333333 42,5
3000 1 55 5 3,030303 46,75
3000 1 60 5 2,777778 51
Figura 5.27 Calcolo velocità dell’aria agli ugelli
Sulla base del diagramma riportato in figura 5.21 si è scelto
una larghezza di ugello pari a 6 mm cui corrisponde una
velocità d’ ugello di 35 m/sec ed una conseguente velocità di
contatto di 29,75 m/sec.
85
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12
width (mm)
air
sp
ee
d (
m/s
ec
)
nozzle width (mm)
Impingment Air Velocity
Figura 5.28 Diagramma dimensioni ugello
5.5Calandra di traino
La calandra di traino è un rullo in acciaio diametro 190,98 mm
mosso da un riduttore a vite senza fine rapporto 1:7
direttamente azionato da un motore trifase Asincrono con
controllo vettoriale. La calandra sarà costruita esattamente
come i cilindri contro pressori in modo da utilizzare lo stesso
tipo di azionamento e quindi semplificare la loro logica di
comando.
La funzione della calandra di traino è di assicurare la tensione
costante del materiale nel tratto tra il secondo colore e la
calandra stessa e di garantire un flusso costante di tessuto non
tessuto all’ avvolgitore. La superficie del rullo é cromata e
satinata per garantire la corretta adesione del materiale, sul
quale agisce la pressione di 4 rotelle con superficie gommata,
86
esattamente uguali a quelle utilizzate nei gruppi stampa,
azionate per mezzo di un pistone pneumatico.
Figura 5.29 Schema montaggio calandra di traino
5.6Rullo folle diametro 60 mm
Prendiamo ora in considerazione un elemento che è presente
in larga misura nella macchina: il rullo folle di supporto, cioè il
rullo sul quale va ad adagiarsi il materiale durante il suo
passaggio per il processo produttivo. Si è scelto per la verifica
il rullo che risultava più sollecitato a causa dell’angolo di
contatto del materiale che durante il moto lo abbraccia per
circa 180°. Come è ben evidenziato nella figura 5.27 riportata,
il rullo è costituito da un cilindro in lega di alluminio tipo
Anticorodal avente diametro esterno 60 h6 mm e diametro
interno 50 mm, lunghezza 860 mm ed alle estremità sono
ricavate due sedi per cuscinetti 16005. Il tutto è calettato su di
87
un albero passante in trafilato tondo Fe440 avente diametro
25 mm infilato e serrato con dei grani M6 in apposite bussole
avvitate sui fianchi del telaio. Due flange fissate con grani
tengono in posizione il rullo nei confronti dell’albero centrale.
Figura 5.30 Schema montaggio rullo folle
Analizzando il rullo dal punto di vista statico e considerandolo
come se fosse una trave isostatica appoggiata alle estremità,
con semplici ragionamenti si ricava il massimo carico a cui è
soggetto. Considerando che sul materiale si esercita una
tensione massima di circa 10 daN e che lo stesso abbraccia il
rullo di circa 180° possiamo supporre che nel baricentro del
rullo sia applicato un carico massimo pari a 20 daN (in realtà il
carico risulta essere uniformemente distribuito, lo si considera
carico concentrato perché risulta una condizione più gravosa).
Dalla statica possiamo dedurre il modulo di resistenza a
88
flessione (W) della sezione resistente del rullo che risulta
essere:
W = π32
⋅D4−d 4
D (17)
dove D è pari a 60 mm e d a 50 mm, per cui sostituendo nella
(17) si ottiene:
W = π32
⋅604−504
60≈10979(mm3 )
(18)
Sapendo poi che per una trave inflessa isostatica con carico
concentrato nel baricentro il momento flettente M vale:
M=F⋅ l
4 (19)
in cui F vale 20 daN ed l vale 800 mm, dalla (19) si ottiene:
M=20⋅8004
=4000( daNmm) (20)
A questo punto si ricava il valore statico massimo di tensione:
σ max=
MW
=400010978
=0 ,364 (daN /mm2 ) (21)
89
Che considerando il carico di rottura della lega Anticorodal
pari a circa 30 daN/mm² è notevolmente inferiore con un
coefficiente di sicurezza statico Cs pari a:
C s=
Rm
σmax
=300 ,364
=82 (22)
E’ evidente che dal punto di vista statico il complesso è a dir
poco ridondante, in realtà però va evidenziato il fatto che il
rullo non è soggetto ad un carico statico ma bensì ad un carico
alternato con valore medio 0, cioè dal momento che ruota nel
tempo ogni fibra passa da tesa a compressa a seconda della
posizione in cui si trova rispetto al carico. E’ necessario quindi
eseguire una accurata verifica. Si incomincia col calcolare il
numero di cicli al minuto n che compie il rullo con velocità
macchina pari a 200 m/min. (massima velocità di lavoro
consentita):
nmax=1000⋅v
π⋅d=1000⋅200
π⋅60≈1069(min−1)
(23)
che è comunque un valore discreto. Dalla letteratura
ricaviamo il valore del limite di fatica all’oscillazione s nel caso
di flessione semplice che corrisponde allo 0,4 del carico di
rottura. E’ così possibile costruire semplicemente il diagramma
di Haigh riferito all’ Anticorodal e sul quale si individua il
punto di sollecitazione del rullo, che come si vede risulta
90
essere ben all’interno della figura che corrisponde alla vita
infinita del materiale.
Figura 5.31 Diagrammar di Haigh materiale: Anticorodal
Dalla letteratura tecnica si ricava che il carico di rottura σr
corrisponde per la lega ANTICORODAL serie 6000 a 30
daN/mm², il carico di snervamento σs a circa 24 daN/mm²,
mentre il carico di rottura a fatica alternata σf vale 0,4 σr,
quindi vale 12 daN/mm². Dal momento che nel caso in oggetto
essendo un carico alternato simmetrico la σmedia vale 0 e
quindi la sollecitazione del rullo in questione σC (vedi nel testo
punto 4.05.01) risulta ricadere sull’asse delle ordinate e ad una
distanza considerevole dalla σf. Il diagramma semplificato è
stato ricavato dapprima costruendo il triangolo verde con
vertice σr, poi ricavando il triangolo blu con vertice σs, quindi
tracciando la retta parallela alle ascisse in corrispondenza di
σf ed infine evidenziando l’andamento con la spezzata in rosso.
91
Sulla base di questi dati, vista la velocità di rotazione, si
procede alla verifica a fatica dei cuscinetti con il metodo
suggerito dalla casa costruttrice SKF.
Dal catalogo della stessa casa costruttrice si ricava che il
coefficiente di carico statico C0 per il cuscinetto 16005
corrisponde a 4000 N mentre il coefficiente di carico dinamico
C corrisponde a 7610 N. Su ogni cuscinetto grava un carico di
10 N. Quindi applicando la formula riportata sul catalogo si ha:
Lh=(C
P )p
⋅1⋅106
60⋅n (24)
Dove Lh è la durata in ore di funzionamento, P in questo caso
corrisponde al carico di 10 N gravante sul cuscinetto, p è un
coefficiente che nel caso dei cuscinetti a sfere vale 3 ed n è la
velocità angolare media (21) per cui sostituendo:
Lh=(7610
10 )3
⋅ 1⋅106
60⋅1069≈6 ,870⋅109 (ore )
(25)
che distribuite su due turni di 8 ore giornaliere per circa 200
giorni lavorativi annui corrispondono a circa 2,14 milioni di
anni.
5.7Avvolgitore
92
L’ avvolgitore è posto su un telaio simile o stesso telaio dello
svolgitore ma sul lato opposto. Si usa suddividerlo in due parti:
Asse avvolgitore
Controllo tensione
Si procede alla loro descrizione.
5.7.1 Asse avvolgitore
Per quanto riguarda l’ asse avvolgitore possiamo dire che è del
tutto identico all’ asse svolgitore (al punto che i relativi alberi
espansibili sono perfettamente intercambiabili), eccetto che al
posto del freno è montato un motore in asincrono trifase con
controllo vettoriale, questo per ottimizzare la costruzione con il
minimo di componenti. Il motore Asincrono è connesso
mediante una trasmissione a catena tipo ½” D all’ asse con i
seguenti dettagli:
Pignone motore z 18 ½”D
Ruota condotta z 60 ½”D
Rapporto in riduzione 3,33
Massima velocità di rotazione 707,38 giri/min calcolata
ponendo il diametro minimo della bobina 90 mm e la
massima velocità di marcia 200 m/min
93
Vel . rotazione= VπD
∙Rt
Con semplici passaggi si ottiene la velocità massima del
motore pari a 2355,57 giri/min
La coppia massima di avvolgimento sarà data dalla seguente
formula:
.., attrtiroinMtot CCCC
In cui Cin è la coppia legata all’inerzia durante le accelerazioni
e le decelerazioni, Cattr è la coppia dovuta agli attriti statici,
dinamici e di primo distacco mentre Ctiro è la coppia per
generare il tiro sul materiale .
I calcoli saranno eseguiti utilizzando i parametri della seguente
tabella:
Diametro minimo = 90 mm
Diametro massimo = 1200 mm
Velocità lineare massima = 200 m/min
Rapporto di trasmissione = 3,3
Rendimento trasmissione = 90 %
Momento di inerzia motore Jm = 0,045 kgm2
Momento di inerzia mandrino Ja = 0,42 kgm2
Tempo di accelerazione = 80 sec
Tiro sul materiale = 9,6 daN
Peso specifico del materiale = 0,15 kgdm3
Larghezza avvolgimento = 1,2 m
94
Come mostrato nel grafico di figura 5.29 in cui sono riportati i
valori della componente di coppia relativa all’inerzia (linea
verde), al tiro sul materiale (linea rossa) e la tensione totale
(linea blu). Avendo rampe di accelerazione e decelerazione
abbastanza lunghe come le componenti di coppia dovute agli
attriti e all’inerzia sono trascurabili.
Il dimensionamento del motore sarà quindi effettuato
calcolando la coppia necessaria per ottenere un tiro massimo
sul materiale di circa 9,6 daN che corrisponde ad una coppia
massima di 3,5 kgm e una potenza di circa 2 kW a 2200 g/min.
0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.000
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Coppie in funzione del diametro
tiro accelerazione totale
Diametro in mm
Co
pp
ie i
n k
gm
Figura 5.33 Grafico andamento coppia
95
5.8Impianto oleodinamico
La funzione dell’ impianto oleodinamico è quella di garantire la
pressione ed il funzionamento del sistema di stacco e del
sistema di macinazione. E’ composto da una centralina
oleodinamica, da un insieme di tubazioni in acciaio diametro 8
mm connesse ai pistoni del sistema di stacco da tubi flessibili
ad alta pressione e da 2 motori idraulici orbitali con un sistema
di regolazione della velocità.
Le tubazioni in acciaio ed i tubi flessibili, per ottenere la
simultaneità del movimento verticale per ogni colore
(ricordiamo che ogni colore possiede 2 gruppi supporto/stacco
oleodinamici), sono eseguiti portando i tubi in centro al telaio e
poi ripartendoli perfettamente in maniera simmetrica in modo
che il percorso dell’olio sia esattamente identico per i due
gruppi. Così viene garantito il movimento sincrono dei due lati
del rullo portaclichè. I tubi in acciaio sono del tipo trafilato a
freddo ad alta pressione secondo le specifiche DIN 2391, con
diametro esterno 8 mm ed interno 5 mm (pressione max 420
bar) giuntati con raccordi del tipo con anello ad immorsamento
DIN 2353 serie leggera (pressione max nominale 100 bar). I
tubi flessibili invece sono del tipo ad alta pressione con
rivestimento in gomma diametro esterno 14 mm (pressione
max 90 bar) con manicotti terminali a montaggio forzato con
apposita pressa.
96
Si analizza ora il dimensionamento della pompa ad ingranaggi
il cui principale carico sarà quello dovuto ai motori orbitali
Danfoss OMM 020 che hanno le seguenti caratteristiche:
Cilindrata: 19,9 cm3/giro
Velocità massima: 1000 g/min
Coppia max: 2,5 daNm
Potenza max: 2,5 kW
Portata max: 20 l/min18
Con questi dati e sapendo che il motore durante la
macinazione dovrà girare a 200 giri/min possiamo calcolare la
portata moltiplicando la velocità per la cilindrata, avremo circa
3,9 litri per ogni motore.
Il carico dovuto agli stacchi sarà calcolato partendo dal
presupposto che il volume dei pistoni da riempire,
considerando la corsa di stacco pari a 10 mm, in base al loro
alesaggio pari a 40 mm sia pari a:
4⋅( π4⋅42)=50 ,08 ( cm3 )
(26)
Imponendo poi il tempo di stacco che non deve superare i 4 sec
si ottiene la portata:
18 Catalogo Tosoni 2009
97
50 ,08⋅604
=751 ,2(cm3 /min .)≈0 ,75 ( l /min . ) (27)
Dato che il funzionamento della macinazione e degli stacchi
non sarà contemporaneo la portata già calcolata per i motori
orbitali sarà quindi sufficiente anche per il loro movimento.
Si ricava quindi la potenza approssimata del motore
ipotizzando una pressione massima pari a 70 bar:
N=p⋅ Q612
=70⋅7,8612
=0 ,892( kW ) (28)
Dai cataloghi si ricava la centralina che può garantire tali
condizioni e risulta essere la ASH-25/G174-1,519 con motore da
1,5 kW che avrà le seguenti caratteristiche:
Figura 5.34 Centrale idraulica
Potenza motore: 1,5 kW19 Catalogo Icosystems s.r.l.- 2010
98
Pressione massima: 70 bar
Capacità serbatoio: 25 litri
Ingombri: A = 300 mm B = 500 mm C = 625 mm
Per favorire lo smaltimento del calore si è optato per l’uso di
un serbatoio da 25 l.
In uscita alla pompa è installata una valvola di limitazione
pressione con manometro di lettura (fondo scala 100 bar).
Sopra alla valvola di limitazione sono poste 2 valvole del tipo a
4 vie e 2 posizioni pilotata elettricamente e con ritorno a molla.
La scelta di mantenere in pressione i gruppi di stacco
costantemente è dovuta al fatto che la posizione del
portaclichè deve essere rigorosamente fissa e sicura durante il
processo.
Vi saranno anche 2 elettrovalvole 2/2 (2 vie, 2 posizioni)
pilotate elettricamente e con ritorno a molla utilizzate per
abilitare o disabilitare la rotazione dei motori orbitali. La
regolazione della velocità dei motori sarà effettuata tramite un
rubinetto di By-pass che permette di regolare per ogni motore
la portata in ingresso.
99
Figura 5.35 Schema di principio impianto idraulico
5.9Impianto pneumatico
L’ impianto pneumatico è composto da un gruppo di 5
elettrovalvole 5/2 da 1/8” ed una serie di tubazioni in plastica
(rilsan pa 6) per interconnetterle ai vari punti di distribuzione.
All’ingresso è posto un apposito gruppo filtro-lubrificatore per
assicurare che ai componenti arrivi aria secca e lubrificata.
Analizzando in dettaglio ogni parte dell’impianto stesso, si
considera il dimensionamento della tubazione calcolando il
100
consumo d’aria come se si azionassero tutti i componenti
dell’impianto in modo simultaneo. Dal momento che tutti i
cilindri pneumatici della macchina hanno lo stesso alesaggio è
possibile applicare la seguente formula:
Q ( l )=k⋅π4⋅(2 D2−d2)⋅L
(29)
dove Q è la portata per ogni corsa completa (andata e ritorno)
in litri, k è un coefficiente dato dal rapporto fra pressione
assoluta di alimentazione e pressione atmosferica, D e d sono
rispettivamente l’alesaggio del pistone ed il diametro dello
stelo espressi in dm e L è la corsa del pistone. Conoscendo
l’alesaggio (40 mm) ed il diametro dello stelo (12 mm), e che la
pressione di calcolo è di 5 bar e la pressione atmosferica media
si assume pari a 1 bar, si può ottenere:
Q( l /dm)=51⋅π
4⋅( 2⋅0,42−0 ,122 )=1,2( l /dm)
(30)
a questo punto si può eseguire il calcolo del fabbisogno per
ogni gruppo:
Svolgitore 2 pistoni corsa 30 mm fabbisogno 0,72 l
Rotelle di pressione colore 1 corsa 75 mm fabbisogno 0,9 l
Rotelle di pressione colore 2 corsa 75 mm fabbisogno 0,9 l
Rotelle di pressione calandra corsa 75 mm fabbisogno 0,9 l
101
pressore d’accompagnamento 2 x 200 mm fabbisogno 4,8 l
avvolgitore 2 pistoni corsa 30 mm fabbisogno 0,72 l
per un totale di 8,94 l e supponendo che tutte le operazioni
possono essere eseguite in 1 min. (approssimazione grossolana
in quanto il pressore d’accompagnamento che da solo
rappresenta circa la metà del carico ha una variazione molto
diluita nel tempo). Si ottiene una portata oraria di 536,4 l/h e
dai cataloghi si ricava che per tali portate e pressione intorno
ai 5 bar il gruppo filtro lubrificatore può essere scelto da 1/8”.
Inoltre si ottiene il diametro del tubo tipo rilsan pa 11 con il
quale realizzare l’intero impianto: 6 mm con passaggio 4 mm.
Per quanto riguarda la parte di comando le rotelle di pressione
e i gruppi di bloccaggio bobine sono tutti comandati
singolarmente con una elettrovalvola 5/2 da 1/8” montata in
rack del tipo a bistabile con doppio solenoide (110V alternata
monofase) collegate direttamente al sistema di comando della
macchina, si sono scelte valvole con doppio solenoide in modo
da prevenire movimenti inopportuni degli azionamenti
pneumatici in caso di mancanza di alimentazione elettrica. I
pistoni del pressore di accompagnamento sono direttamente
controllati da un unico regolatore di pressione da 1/8” con
annesso manometro (fondoscala 5 bar) e lavorano in spinta.
Per evitare una caduta del pressore nel caso ci sia una
mancanza di pressione, è stato pensato un sistema di sicurezza
composto da una valvola a comando pneumatico che quando
manca la pressione devia lo scarico del pistone su di uno
strozzatore che in questo modo regola la corsa di discesa del
102
pistone. Il sistema di comando della macchina sarà dotato di un
pressostato che inibirà la possibilità di marcia in caso di
presenza di un valore della pressione nel circuito troppo basso.
103
104
Figura Errore. Per applicare 0 al testo da visualizzare in questo punto, utilizzare la scheda Home..1
Figura 5.36Schema di principio impianto pneumatico
6. ANALISI LOGICA DI FUNZIONAMENTO
E CIRCUITI DI COMANDO
Una volta progettati i componenti meccanici in movimento e i
loro azionamenti elettrici, idraulici o pneumatici, bisogna
analizzare le logiche di funzionamento.
Possiamo distinguere 2 categorie funzionali in cui far rientrare
i sistemi della macchina:
1. Sistemi primari di movimento: legati allo svolgimento,
trascinamento e riavvolgimento del materiale:
1.1 Svolgitore
1.2 Cointropressori e Calandra di traino
1.3 Avvolgitore
2. Servizi: legati alla preparazione, dosatura, essicazione
delle vernici:
2.1 Sistema di stacco cilindri portaclichè e
macinazione inchiostratori
2.2 Sistema di movimento cilindri anilox e
cilindri portacliché
2.3 Sistema di riscaldamento aria e ventilazione
6.1 Sistema primario
Il sistema primario di movimento è composto da 4 motori
asincroni trifase e 1 freno a polvere magnetica, gli azionamenti
elettrici dei motori e del freno saranno collegati tra di loro e al
105
PLC principale di controllo della macchina tramite una rete di
comunicazione.
Il materiale per essere trascinato all’interno dell’impianto sarà
“pinzato” ai 2 cilindri contropressori e alla calandra di traino,
in questo modo si verranno a formare 4 zone in cui il valore di
trazione, in assenza di slittamenti, sarà legato a variabili
diverse. Il processo di colorazione/verniciatura sarà ottimale
quando la trazione sul materiale in ogni punto del giro film
sarà costante; per ottenere questo risultato la tensione dovrà
essere regolata nelle seguenti 4 zone:
1. Materiale posto tra lo svolgitore e il primo colore: in
questa zona il valore della tensione è legato solo alla
coppia frenante generata dal freno a polvere magnetica.
2. Materiale posto tra il primo e il secondo colore: in questa
zona il valore della tensione è legato alla differenza di
velocità del materiale nel punto di pinzatura sul primo e
sul secondo cilindro. Essendo i due cilindri di pari
diametro si potrà considerare la velocità di rotazione dei 2
cilindri contropressi.
3. Materiale posto tra il secondo colore e la calandra di
traino: in questa zona il valore della tensione è legato alla
differenza di velocità del materiale nel punto di pinzatura
sul secondo cilindro e sulla calandra. Essendo anche in
questo caso i due cilindri di pari diametro si potrà
considerare la velocità di rotazione del secondo cilindro
contropressore e della calandra.
106
4. Materiale posto tra la calandra di traino e l’avvolgitore: in
questa zona il valore della tensione è legato alla
differenza di velocità periferica del materiale sulla
calandra rispetto al materiale sulla bobina in
avvolgimento, in questo caso il controllo sarà più
complicato in quanto il diametro della bobina varierà
durante il funzionamento.
Per ottenere una lettura del valore di tensione nelle varie zone
verranno utilizzate delle celle di carico
Fortunatamente le celle di carico nel campo delle macchine da
stampa sono molto utilizzate e sono stati sviluppati dei modelli
appositamente studiati per la misura della tensione dei
materiali, questo tipo di celle che possiamo vedere in figura20
6.1 possono essere montate come supporti di un rullo folle.
Figura 6.1 Celle di carico
Questi sensori potranno misurare la forza risultante applicata
al rullo dal materiale e dovranno essere montati posizionando
la freccia rossa, che indica il verso di misura, in direzione della
20 Catalogo Re Controlli industriali
107
risultante. Ogni cella di carico contiene al suo interno 4
estensimetri collegati a ponte di Wheatstone, questa
configurazione permette di compensare gli errori dovuti ad
esempio alla variazione di temperatura. Il segnale in uscita
dalle celle dovrà comunque essere amplificato per essere
utilizzato sia nella visualizzazione del tiro che nel circuito di
retroazione. Verranno utilizzate due celle in parallelo con 1
solo amplificatore, per compensare gli errori di misura dovuti
al centraggio del materiale sul rullo, con due celle sarà
possibile misurare in maniera precisa la forza applicata dal
materiale al rullo anche se questo è fuori centro o se si sta
utilizzando un materiale più stretto rispetto alla tavola utile
della macchina. Il collegamento tra le celle e l’amplificatore
dovrà essere schermato e più corto possibile in quanto la
tensione di misura delle celle è molto bassa (molti estensimetri
sono dotati di un output di 10 mV per volt di tensione di
eccitazione, ad una tensione di eccitazione pari a 4 V,
corrisponde un segnale di output di 40 mV) e quindi molto
soggetta ad interferenze, l’uscita dell’amplificatore invece sarà
in corrente (4-20 mA) molto più sicura dal punto di vista
dell’immunità ai disturbi.
La risultante delle forze applicate dal materiale al rullo dovrà
essere il più possibile orizzontale per ridurre la componente
dovuta al peso del rullo, sarà comunque possibile tarare
l’amplificatore in modo da compensare questa componente,
molto più importante sarà lo studio dell’angolo di abbraccio del
giro film su questo rulli in quanto un angolo troppo grande
108
rallenterebbe il tempo di risposta delle celle mentre uno troppo
piccolo non sarebbe immune ad errori dovuti alle vibrazione.
6.1.2 Controllo prima zona – controllo
tensione in svolgimento
Nella prima zona situata tra lo svolgitore e il primo gruppo
stampa è il sistema di svolgimento che ha il compito di
controllare la tensione.
L’operatore potrà controllare il sistema impostando il valore
del tiro sul materiale e il controllo dovrà agire regolando la
coppia generata dal freno a polvere magnetica . Questa coppia
è direttamente proporzionale sia al tiro che al raggio della
bobina quindi il controllo dovrà essere retro azionato da una
lettura su tutte e due queste variabili. Il tiro come già detto
sarà misurato con delle celle di carico mentre per ottenere il
valore del raggio si utilizzerà un sensore ad ultrasuoni puntato
sulla bobina in svolgimento.
Nello schema seguente è rappresentato il controllo, come si
può vedere vi sarà una prima retroazione che genererà un
segnale di controllo, questo segnale sarà elaborato da un
regolatore PID migliorare i tempi di risposta e la precisione
del controllo, il segnale in uscita dal PID verrà usato insieme
alla lettura sul diametro per generare il comando della scheda
di controllo del freno.
109
Figura 6.2 Schema controllo tiro in svolgimento
Le celle di carico non potranno essere messe nel primo rullo
dopo lo svolgitore in quanto al variare del diametro della
bobina avremo una variazione dell’angolo di abbraccio e quindi
non sarebbe possibile tarare i sensori.
Nello specifico abbiamo scelto due celle CF.85.15.35 che
garantendo ognuna un campo di misura da 0 a 15daN
permetteranno misure da 0 a 30 daN su tutta la tavola.
Nello schema vediamo la configurazione del giro film subito
dopo lo svolgitore con indicato il rullo folle su cui verranno
montate le celle di carico.
110
Figura 6.3 Layout giro film svolgitore
6.1.2 Controllo seconda e terza zona
Per quanto riguarda la seconda e la terza zona il valore di
tensione del materiale sarà come già detto legato alla
differenza tra la velocità dei due cilindri a cui il materiale è
pinzato attraverso le rotelle di pressione. I tre azionamenti che
muovono i cilindri contropressori e la calandra saranno
comandati da un controllo di velocità retro azionato attraverso
un encoder calettato direttamente in asse al motore.
Per ottenere una sincronizzazione ed un controllo della
trazione applicata al materiale, i controlli di velocità dovranno
interagire tra di loro attraverso uno schema di controllo
chiamato Asse elettrico. Esistono 2 tipi di asse elettrico nel
primo si utilizzano in cascata i segnali di velocità prodotti dagli
encoder per generare il riferimento di velocità del motore
successivo ( figura 6.4), nel secondo invece viene utilizzato il
segnale del primo motore come segnale principale e a partire
da questo vengono calcolati i segnali degli altri motori. In tutti
111
e due i casi la velocità dei motori “slave” è regolata anche da
una catena di retroazione dovuta ad un set point di tiro e al
segnale delle celle di carico applicate su di un rullo posto posto
prima del cilindro comandato. Nel nostro caso visto che gli
azionamenti dei vari motori saranno collegati da una rete di
comunicazione utilizzeremo il secondo schema logico in quanto
più veloce nella regolazione delle velocità.
112
Figura 6.4 Asse elettrico con segnali in cascata
113
Figura 6.5 Asse elettrico con segnali di riferimento master
114
6.1.3 Controllo quarta zona - controllo
tensione in avvolgimento
Il controllo di tensione nella quarta zona è una delle parti più
delicate da progettare, in quanto come nello svolgimento la
bobina varia di diametro durante il funzionamento. Si
implementerà quindi uno speciale tipo di asse elettrico che
tenga conto anche della variazione del diametro.
L’azionamento del motore sarà effettuato sempre attraverso un
inverter vettoriale con retroazione data da un encoder relativo
a 2 piste. L’operatore potrà impostare il tiro massimo sul
materiale mentre nell’azionamento e nel PLC della macchina
verrà implementato il seguente schema di controllo21
21 SSD Drives Manuale di Installazione
115
Figura 6.6 Schema regolazione velocità avvolgitore
Per determinare la misura del diametro verranno rapportate
le velocità angolari dell’aspo e della calandra di traino.
Entrambi hanno la medesima velocità periferica, quindi le loro
velocità angolari dipendono dai rispettivi diametri.
Analiticamente potremo scrivere:
Daspo=Dcalandra
ωcalandra
ωaspo
La misura del diametro verrà utilizzata come segnale di base
per la determinazione del segnale di velocità da impiegare nel
controllo del motore. Durante i transitori per migliorare la
risposta del sistema, al posto della velocità di linea si utilizzerà
116
come feedforward il valore del segnale di linea in modo da
evitare ritardi nell’adeguamento della velocità dell’avvolgitore.
Questo segnale di velocità in uscita dal blocco di calcolo del
diametro servirà come segnale di base per la regolazione del
tiro effettuata con un controllore PID che utilizzerà come
retroazione 2 celle di carico poste su di un rullo folle.
Il calcolo del diametro non verrà eseguito accuratamente al di
sotto una velocità minima di linea e non sarà calcolato a
velocità zero.
Se il diametro non è accuratamente fissato a velocità zero,
l’avvolgitore potrebbe causare dei cambiamenti sulla tensione
del nastro. Per ottenere delle buone prestazioni
dell’avvolgitore è perciò molto importante che il diametro sia
ripristinato al corretto valore prima che la macchina venga
avviata. Il diagramma seguente mostra il semplice metodo
implementato per preregolare il diametro del rotolo.22
22 SSD Drives Manuale di Installazione
117
Figura 6.7 Sistema misura del diametro iniziale
Il potenziometro di misura del diametro sarà montato su un
pressore di accompagnamento formato da una coppia di rulli
folli assemblati su due leve azionate da due cilindri pneumatici.
Lo scopo di tale apparecchiatura è duplice: in primo luogo
serve per eliminare le inclusioni di aria fra i vali strati di
materiale sulla bobina durante il processo d’avvolgimento. In
secondo luogo, come già specificato, il complesso funge da
sensore (per mezzo di un potenziometro lineare che funge da
trasduttore di posizione) che fornisce un indicazione sul
diametro della bobina con un un segnale analogico all’ inverter
di comando del motore in modo da ottenere il valore del
diametro anche con velocità zero.
118
Figura 6.8 Giro film avvolgitore
Per ottenere un avvolgimento perfetto della bobina dobbiamo
considerare che le spire più interne durante la formazione
della bobina possono tendere a scivolare su se stesse, in questo
modo si ha un aumento della tensione del materiale delle spire
più interne.
Questa sovratensione crea visto che il materiale è molto poroso
un problema di “incollaggio” che può portare alla generazione
di scarti di lavorazione. Per ovviare a questo problema il
segnale di impostazione del tiro sarà regolato tramite un
controllo “Taper tension” che al tiro impostato dall’operatore
aggiungerà una correzione percentuale quando la bobina si
trova al diametro iniziale, questa correzione andrà linearmente
a sparire e raggiunto un valore soglia di diametro
l’impostazione di tiro rimarrà costante. Nel grafico seguente è
mostrato l’andamento del segnale di tiro con una correzione
“Taper” del 10%.
119
0 100 200 300 400 500 600 7009.49.69.810
10.210.410.610.8
1111.2
Andamento segnale tiro corretto
TiroTaper
Diametro bobina
Kgm
Figura 6.9 Grafico taper tension
6.2 Definizione dei modi di comando e
funzionamento
La macchina avrà 2 modi di comando e funzionamento distinti:
1. SETUP: viene utilizzata quando vengono eseguite le
seguenti operazioni di preparazione della macchina
1.1 Sostituzione bobina in svolgimento
1.2 Sostituzione bobina in avvolgimento
1.3 Incorsatura del materiale
1.4 Sostituzione cilindri portaclichè gruppo stampa
1.5 Pulizia gruppi stampa
1.6 Sostituzione inchiostro di stampa per cambio
lavoro
2. PRODUZIONE: in questa modalità la macchina è nelle
condizioni di produrre il materiale, in modalità produzione
120
la macchina si potrà trovare in 2 stati operativi:
“MARCIA” e “FERMO” .
Il modo di funzionamento sarà selezionabile attraverso un
selettore a chiave posto sul quadro principale di alimentazione
della macchina, in quanto le operazioni di setup comportano lo
spostamento di alcuni ripari, in questo modo di funzionamento
saranno inibite le funzioni di marcia di tutti i sistemi primari di
movimento.23 Il modo PRODUZIONE potrà essere utilizzato
solo dopo il consenso dato dal corretto posizionamento di tutti i
ripari mobili interbloccati della macchina.
Figura 6.10 Modi e stati di funzionamento
6.2.1 Ciclo di avvio e di arresto macchina
23 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010, Allegato 1 punto 1.2.5
121
Gli stati di funzionamento dello svolgitore, dell’avvolgitore e
dei motori dei tre traini dovranno essere collegati e durante
l’avvio la macchina dovrà eseguire automaticamente tutte le
funzioni ausiliarie che permettono la corretta esecuzione del
lavoro di stampa. Nel diagramma a blocchi sono riportate le
operazioni che l’operatore deve eseguire e quelle
automaticamente azionate dal ciclo di avvio.
122
123
Anche nel ciclo di arresto il sistema di comando dovrà eseguire
tutte quelle operazioni automatiche che permetteranno un
arresto sicuro e funzionale dell’impianto.
124
6.3 Comandi attivabili durante il modo di
funzionamento “SETUP”
6.3.1 Svolgitore
Per quanto riguardo lo svolgitore nella fase di setup sarà
possibile utilizzare i seguenti comandi:
Apertura/Chiusura leve bloccaggio bobina effettuata
tramite comando elettropneumatico
Inserimento/disinserimento collegamento albero al
sistema frenante
Modifica settaggio valore di carico tiro in
svolgimento
6.3.2 Contropressori e calandra di traino
I comandi di marcia dei contropressori e della calandra di
traino in questa modalità operativa sono inibiti come già
specificato, rimarranno operativi i seguenti comandi
Attacco/Stacco rotelle di pressione per permettere
l’operazione di incorsatura del materiale
Regolazione della pressione di funzionamento dei
pistoni che effettuano l’attacco delle rotelle di
pressione
6.3.3 Avvolgitore
I comandi disponibili per l’asse avvolgitore saranno:
125
Apertura/Chiusura leve bloccaggio bobina effettuata
tramite comando elettropneumatico
Inserimento/disinserimento collegamento albero
Modifica settaggio valore di carico tiro in
avvolgimento
6.3.4 Sistema di stacco e macinazione inchiostratori
Per questi circuiti idraulici avremo i seguenti comandi:
Accensione/Spegnimento centrale idraulica
Accensione/Spegnimento motori idraulici di
macinazione attraverso un comando elettroidraulico
Azionamento stacchi idraulici attraverso un comando
elettroidraulico
Gli stacchi e la macinazione durante la fase “SETUP” potranno
essere azionati manualmente, questo per permettere le
operazioni di sostituzione dell’inchiostro e di pulizia.
6.3.5 Sistema di riscaldamento aria e ventilazione
Durante la fase di “SETUP” sarà possibile pre-riscaldare i forni
di essicazione agendo sui seguenti comandi:
Accensione/Spegnimento ventilatori di aspirazione
Accensione/Spegnimento ventilatore di mandata aria
Regolazione temperatura forno
Inserzione/Esclusione resistenze elettriche di
riscaldamento aria
Per il controllo della temperatura verranno utilizzate 4
Termoresistenze PT100 posizionate opportunamente nei due
126
forni per verificare la temperatura dei vari settori, si sono
scelti questi sensori in quanto il controllo non necessità di una
precisione elevata, la tipologia del sistema di riscaldamento e
ventilazione non permette una perfetta distribuzione di
temperatura avremo circa 4-5 °C di differenza tra le varie
sezioni, questo non pregiudica la funzionalità in quanto il
processo di evaporazione si sviluppa lungo tutto il percorso del
materiale, compito del controllo di temperatura sarà di non
permettere il superamento della temperatura critica di 130°C
in nessun punto del forno, in ogni condizione di marcia e
funzionamento per questo i segnali di ingresso dei sensori di
temperatura saranno utilizzati insieme ai parametri di velocità
dell’impianto per azionare i vari stadi di riscaldamento.
L’operatore potrà selezionare la temperatura di
funzionamento impostandola in funzione della copertura di
stampa e del tipo di materiale.
6.4 Comandi del modo di funzionamento
“PRODUZIONE”
6.4.1 Svolgitore
Durante la fase di produzione il sistema di frenatura verrà
inserito automaticamente e sarà possibile solo regolare il
valore del tiro in svolgimento
127
6.4.2 Avvolgitore
Per quanto riguarda l’asse avvolgitore saranno disponibili i
seguenti comandi:
Accensione/Spegnimento motore avvolgitore per
pretensionamento materiale
Il comando di spegnimento verrà inibito durante lo
stato operativo di “MARCIA”
Modifica settaggio valore di tiro in avvolgimento
6.4.3 Sistema di stacco e macinazione inchiostratori
I comandi di questi servizi durante lo stato di funzionamento
“PRODUZIONE” saranno inibiti in quanto sarà il ciclo di
Marcia/Arresto a determinare la loro modalità di
funzionamento.
6.4.4 Sistema di riscaldamento aria e ventilazione
I comandi di questi servizi saranno esattamente uguali a quelli
della modalità “SETUP” con una segnalazione acustica in caso
di temperatura troppo bassa.
6.4.5 Contropressori e calandra di traino
Il comando primario di questi azionamenti è la messa in marcia
che determina il passaggio allo stato operativo “MARCIA”.
Questo tipo di comando è di primaria importanza ed è oggetto
di disposizioni precise24. Per rispondere ai requisiti di legge si
è scelto di utilizzare un solo pulsante di marcia posizionato sul
24 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010, Allegato 1 punto 1.2.3 Avviamento
128
quadro di comando principale. Per poter ottenere il comando di
marcia si dovrà agire sul pulsante tenendolo premuto per
almeno 10 secondi, la macchina controllerà le seguenti
condizioni di avviamento:
funzionamento del sistema frenante,
pretensionamento dell’avvolgitore
chiusura di tutti i ripari mobili interbloccati
sensori di rottura film
Se i controlli avranno esito positivo inizierà la segnalazione
dell’avviamento e dopo 15 secondi si avrà l’avvio della
macchina, in caso contrario vi sarà una segnalazione d’errore
La macchina appena avviata si porterà ad una velocità di circa
15 m/min per effettuare eventuali regolazioni di pressione dei
gruppi stampa, la regolazione della velocità potrà essere
effettuata durante la marcia attraverso dei comandi posizionati
su tutte le postazioni della macchina, mentre le rampe di
accelerazione e decelerazione saranno prestabilite in sede
progettuale.
Il comando di arresto sarà posizionato su tutte le postazioni di
comando e genererà un arresto controllato dei tre motori
principali in modo da ottenere l’arresto del moto del materiale
in condizioni di sicurezza25
25 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010, Allegato 1 punto 1.2.4.1 Arresto normale
129
6.5 Postazioni di comando
Lo studio delle postazioni di comando oltre alle esigenze
funzionali dovrà essere effettuato tenendo presente le relative
disposizioni di legge.26
Per agevolare lo svolgimento delle corrette procedure
operative la macchina dovrà essere dotata di 5 distinte
postazioni di comando:
1. Postazione su gruppo avvolgitore con i seguenti comandi
e visualizzatori:
Apertura/Chiusura leve bloccaggio bobina
avvolgitore effettuata tramite comando
elettropneumatico
Pannello operatore con:
o Set valori di tiro zone
o Visualizzazione valori tiro zone
o Set valore velocità di stampa
o Visualizzazione velocità macchina
o Set valore temperatura forni
o Visualizzazione temperature forni
o Visualizzazione quantità materiale riavvolta
Marcia macchina
Arresto macchina
Regolazione velocità
Accensione/Spegnimento avvolgitore
26 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010, Allegato 1 punto 1.2.2 Dispositivi di comando
130
Comando rotelle pressione I colore
(elettropneumatico)
Comando rotelle pressione calandra
(elettropneumatico)
Pulsante arresto emergenza
2. Postazione di comando su quadro elettrico principale:
Inserzione centrale idraulica
Inserzione ventilatore di mandata
Inserzione ventilatori di aspirazione
Pulsante arresto emergenza
3. Postazione su gruppo svolgitore con i seguenti comandi:
Apertura/Chiusura leve bloccaggio bobina svolgitore
effettuata tramite comando elettropneumatico
Pannello operatore con:
o Set valori di tiro zone
o Visualizzazione valori tiro zone
o Set valore velocità di stampa
o Visualizzazione velocità macchina
o Set valore temperatura forni
o Visualizzazione temperature forni
o Visualizzazione quantità materiale riavvolta
Marcia macchina
Arresto macchina
131
Impostazione velocità di lavoro
Accensione/Spegnimento freno svolgitore
Comando rotelle pressione II colore
(elettropneumatico)
Pulsante arresto di emergenza
4. Postazione di comando su gruppo Colore 1
Controllo macinazione inchiostratore (comando
elettroidraulico)
Stacco (comando elettroidraulico)
Comando manuale spostamento cilindro portaclichè
Comando manuale spostamento cilindro
inchiostratore
Pulsante arresto
Pulsante arresto emergenza
5. Postazione di comando su gruppo Colore 2
Controllo macinazione inchiostratore (comando
elettroidraulico)
Stacco (comando elettroidraulico)
Comando manuale spostamento cilindro portaclichè
Comando manuale spostamento cilindro
inchiostratore
Pulsante arresto
132
Pulsante arresto emergenza
Figura 6.11 Postazioni di comando
6.6 Segnalazioni
Per garantire un funzionamento rispondente alla normativa, la
macchina sarà dotata di 2 avvisatori acustici e due colonnine di
segnalazione dotate di luci rosse, gialle e verdi. I segnali
acustici e visivi sono stati progettati seguendo le disposizioni
della Norma “UNI EN 981 Sicurezza del macchinario - Segnali
acustici e ottici di pericolo e altri segnali”.
SEGNALE
ACUSTI
COVISIVO SIGNIFICATO
INTERVENTO
OPERATORE
Suono breve
durata 10
secondi
Giallo
lampeggian
te
Cambiamento di modo
operativo//
Suono
alternato,
0,5 secondi
Rosso
lampeggian
te in fase
In modo “Produzione”
stato di apertura di
almeno 1 riparo mobile
Chiudere tutti i ripari
mobili per ripristinare
le condizioni di
133
di durata
per ogni
tono
con i toni
interbloccato con
interruzione delle
condizioni di avviamento e
arresto della macchina.
Durante l’avviamento
assenza di una delle
condizioni per eseguire il
comando
avviamento. Reset
dell’errore tramite
pulsante presente sul
pannello comandi
principale
Suono
alternato,
0,15 secondi
di durata
per ogni
tono
Luce Rossa
accesa
Arresto di emergenza o
guasto
Massima allerta,
ripristino delle
condizioni di
sicurezza. Reset
dell’errore tramite
pulsante presente sul
pannello comandi
principale
Suono
prolungato,
30 secondi
Luce Verde
accesa
Ripristino situazione di
normalità o delle
condizioni di avviamento
//
Suono breve
durata 5
secondi
Giallo
lampeggian
te
Messa in marcia della
macchina//
Suono
alternato, 1s
di durata
per ogni
tono
Rosso
lampeggian
te
Errore temperatura forno
troppo bassa
Verifica delle
condizioni di
funzionamento del
sistema di essicazione
6.7Implementazione del sistema di controllo
Il sistema di controllo sarà realizzato tramite una rete Profibus
che permetterà di collegare tra loro i seguenti moduli:
PLC (Master della rete)
134
4 Inverter SSD DRIVES con modulo di comunicazione
profibus
2 Pannelli operatore con display grafico da 3” posizionati:
o Pannello 1 - Gruppo Avvolgitore
o Pannello 2 - Gruppo Svolgitore
2 Moduli di INPUT/OUTPUT remote
Andiamo ora ad analizzare quali saranno i segnali digitali e
analogici utilizzati dalla macchina in modo da poter
dimensionare le apparecchiature.
TABELLA SEGNALI ANALOGICI DESCRIZIONE TIPOLOGIA INTERFACCIA NOTE
VELOCITA' DI MACCHINA VARIABILE Profibus PANNELLI OPERATORE SET POINT VELOCITA' VARIABILE Profibus PLC SENSORE TIRO ZONA 1 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Svolgitore 4-20 mASENSORE TIRO ZONA 2 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Avvolgitore 4-20 mASENSORE TIRO ZONA 3 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Svolgitore 4-20 mASENSORE TIRO ZONA 4 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Avvolgitore 4-20 mAVALORE TIRO ZONA 1 VARIABILE Profibus PLC VALORE TIRO ZONA 2 VARIABILE Profibus PLC VALORE TIRO ZONA 3 VARIABILE Profibus PLC VALORE TIRO ZONA 4 VARIABILE Profibus PLC SET POINT TIRO ZONA 1 VARIABILE Profibus PANNELLI OPERATORE SET POINT TIRO ZONA 2 VARIABILE Profibus PANNELLI OPERATORE SET POINT TIRO ZONA 3 VARIABILE Profibus PANNELLI OPERATORE SET POINT TIRO ZONA 4 VARIABILE Profibus PANNELLI OPERATORE VELOCITA' MASTER VARIABILE Profibus PLC VELOCITA' COLORE 1 INGRESSO ENCODER INVERTER COLORE 1 VELOCITA' COLORE 2 INGRESSO ENCODER INVERTER COLORE 2 VELOCITA' CALANDRA INGRESSO ENCODER INVERTER CALANDRA VELOCITA' AVVOLGITORE INGRESSO ENCODER INVERTER AVVOLGITORE SENSORE DIAM. BOBINA 1 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Svolgitore 0-10 V SENSORE DIAM. BOBINA 2 INGRESSO ANALOGICO I/O REMOTO Avvolgitore 0-10 VSET SCHEDA FRENO USCITA ANALOGICA I/O REMOTO Svolgitore 0-10 V
DESCRIZIONE TIPOLOGIA INTERFACCIA NOTESENSORE TEMPERATURA 1 INGRESSO PT100 PLC SENSORE TEMPERATURA 2 INGRESSO PT100 PLC SENSORE TEMPERATURA 3 INGRESSO PT100 PLC
135
SENSORE TEMPERATURA 4 INGRESSO PT100 PLC SET BRUCIATORE USCITA ANALOGICA PLC 4 – 20 mA
TABELLA SEGNALI DIGITALIDESCRIZIONE TIPOLOGIA INTERFACCIA NOTE
PULSANTE MARCIA 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE MARCIA 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore PULSANTE ARRESTO 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE ARRESTO 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore PULSANTE ARRESTO 3 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE ARRESTO 4 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore PULSANTE EMERGENZA 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE EMERGENZA 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore PULSANTE EMERGENZA 3 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE EMERGENZA 4 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore PULSANTE EMERGENZA 5 INGRESSO DIGITALE PLC PULSANTE LEVE BLOCC. SV.
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
PULSANTE LEVE BLOCC. AV.
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
PULSANTE VEL. DI LAVORO INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE ROTELLE COL. 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE ROTELLE CAL. INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore PULSANTE ROTELLE COL. 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore STACCO COL.1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore STACCO COL.2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore MACINAZIONE COL. 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore MACINAZIONE COL. 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore ACCENSIONE FRENO INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore SPEGNIMENTO FRENO INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore ACCENSIONE AVVOLGITORE
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
SPEGNIMENTO AVVOLGITORE
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
SELETTORE VENT.1 INGRESSO DIGITALE PLC SELETTORE VENT.2 INGRESSO DIGITALE PLC SELETTORE CENTRALE IDR. INGRESSO DIGITALE PLC
DESCRIZIONE TIPOLOGIA INTERFACCIA NOTEPRESSOSTATO ARIA
COMP.INGRESSO DIGITALE PLC
SELETTORE MODALITA' FUNZ.
INGRESSO DIGITALE PLC
136
MARCIA AVVOLGITORE Variabile Profibus PLCMARCIA COLORE 1 Variabile Profibus PLCMARCIA COLORE 2 Variabile Profibus PLC
ABILITAZIONE FRENO USCITA DIGITALE I/O REMOTO SvolgitoreABILITAZIONE
VENTILATORE 1USCITA DIGITALE PLC
ABILITAZIONE VENTILATORE 2
USCITA DIGITALE PLC
ABILITAZIONE CENTRALE IDR.
USCITA DIGITALE PLC
COMANDO ROTELLE COL. 1
USCITA DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
COMANDO ROTELLE COL. 2
USCITA DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
COMANDO ROTELLE CAL. USCITA DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreLAMPADA SEGN. ROSSA 1 USCITA DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreLAMPADA SEGN. GIALLA 1 USCITA DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreLAMPADA SEGN. VERDE 1 USCITA DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreLAMPADA SEGN. ROSSA 2 USCITA DIGITALE I/O REMOTO SvolgitoreLAMPADA SEGN. GIALLA 2 USCITA DIGITALE I/O REMOTO SvolgitoreLAMPADA SEGN. VERDE 2 USCITA DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
AVVISATORE ACUSTICO USCITA DIGITALE PLCSPIA SEGN. ATTIV. FRENO USCITA DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
SPIA SEGN. ATTIV. AVVOLG.
USCITA DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
SENSORE PRES. BOBINA SV.
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
SENSORE PRES. BOBINA AV.
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
SENSORE ROTTURA FILM 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO SvolgitoreSENSORE ROTTURA FILM 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Avvolgitore
SENSORE PRES. ZONA PERIC.
INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
INTERBLOCCO RIPARO 1 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreINTERBLOCCO RIPARO 2 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO AvvolgitoreINTERBLOCCO RIPARO 3 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO SvolgitoreINTERBLOCCO RIPARO 4 INGRESSO DIGITALE I/O REMOTO Svolgitore
Il Plc dovrà avere almeno :
6 Ingressi digitali
4 Uscite digitali
137
4 Ingressi PT100
1 Uscita analogica
Il modulo di I/O remoto posizionato sul gruppo avvolgitore
dovrà avere almeno:
17 Ingressi digitali
6 Uscite digitali
3 Ingressi analogici
Il modulo di I/O remoto posizionato sul gruppo svolgitore dovrà
avere almeno:
16 Ingressi digitali
6 Uscite digitali
3 Ingressi analogici
1 Uscita analogica
Sceglieremo un sistema di PLC di primaria marca in modo da
non avere problematiche nel reperimento di eventuali ricambi.
Dai cataloghi Siemens possiamo dimensionare il sistema in
questo modo:
PLC Master S7-300
o 1 CPU S7-313-2DP Dotata di:
16 Ingressi digitali
16 Uscite digitali
Modulo di comunicazione Profibus DP
2 Uscite impostabili come analogiche o PWM
o 1 Modulo di ingresso PT100 con 4 ingressi
o 1 Modulo di comunicazione Profibus PA (per
collegamento con rete di reparto
138
1 Modulo di input/output remoto ET200 M
o 1 Unità di ingressi digitale con 24 ingressi
o 1 Unità di uscite digitali con 12 uscite
o 1 Unità di ingressi analogici con 4 ingressi (0-10 V/
4-20mA)
11 Modulo di input/output remoto ET200 M
o 1 Unità di ingressi digitale con 24 ingressi
o 1 Unità di uscite digitali con 12 uscite
o 1 Unità di ingressi analogici con 4 ingressi (0-10 V/
4-20mA)
1 Unità con uscite analogiche con 4 uscite (0-10 V / 4-20 mA)
139
Figura 6.12 Schema rete di controllo
Come si può vedere dallo schema della rete di controllo, il PLC
di governo sarà dotato anche di un modulo di comunicazione
Profibus PA, il protocollo PA permette di comunicare ad una
distanza maggiore rispetto ai bus di campo, attraverso questo
protocollo l’impianto sarà collegato ai computer della rete di
reparto; questa connessione permetterà una forte integrazione
della macchina all’interno dell’azienda.
Per prima cosa gli operatori attraverso il pannello operatore
principale potranno comunicare in tempo reale lo stato di
140
avanzamento dei lotti di produzione, mentre il responsabile di
produzione avrà dati storici relativi ai tempi di setup e di fermo
macchina dovuti a guasti o malfunzionamenti. Questi dati
storici potranno essere utilizzati per valutare la necessita di
applicare tecniche di miglioramento quali ad esempio la SMED
(single minute exchange of die) per diminuire i tempi di setup e
approntamento dei nuovi lavori sull’impianto.
La macchina potrà poi inviare tutti i dati di funzionamento e gli
eventuali codici di errore direttamente nei personal computer
del reparto manutenzione che potrà tenere sotto controllo la
situazione coadiuvando gli operatori in ogni situazione.
141
7. ANALISI E RIDUZIONE DEI RISCHI
7.1 Processo di analisi e riduzione dei rischi
Per effettuare una corretta procedura di analisi e riduzione dei
rischi che rispetti le disposizioni della nuova direttiva
macchine si è fatto riferimento alle seguenti norme
armonizzate di tipo A:
UNI EN ISO 12100-1 Sicurezza del macchinario, Concetti
fondamentali, principi generali di progettazione Parte 1:
Terminologia di base, metodologia
UNI EN ISO 12100-2 Sicurezza del macchinario, Concetti
fondamentali, principi generali di progettazione Parte 2 :
Principi tecnici
UNI EN ISO 14121-1 Sicurezza del macchinario,
Valutazione del rischio parte 1: Principi
Inoltre non essendo disponibili norme specifiche per il nostro
macchinario si sono utilizzate le seguenti norme di tipo B che
si riferiscono a macchinari della stessa famiglia:
UNI EN ISO 1034-1 Requisiti di sicurezza per la
progettazione e la costruzione di macchine per la
produzione e la finitura della carta – Requisiti comuni
UNI EN ISO 1034-3 Requisiti di sicurezza per la
progettazione e la costruzione di macchine per la
142
produzione e la finitura della carta – Macchine bobinatrici
L’obiettivo da raggiungere durante il processo di analisi e
riduzione dei rischi è la maggiore riduzione del rischio
possibile prendendo in considerazione nel seguente ordine di
preferenza questi quattro fattori:
1. la sicurezza della macchina durante tutte le fasi della sua
durata di vita;
2. la capacità della macchina di svolgere la sua funzione;
3. l’usabilità della macchina;
4. i costi di fabbricazione, esercizio e smantellamento della
macchina27
La strategia sopra riportata è rappresentata dal diagramma di
flusso in figura 7.1, la prima fase sarà la valutazione del rischio
che fornirà gli input per il processo iterativo di riduzione del
rischio che potrà essere effettuata con misure di protezione
integrate nella progettazione, con protezioni e misure di
protezione complementari o tramite la gestione dei rischi
residui attraverso le informazioni per l’uso; questo processo
andrà ripetuto fino a quando non si saranno analizzati tutti i
pericoli presenti.27 ISO 12100-1 Sicurezza del macchinario, Concetti fondamentali, principi generali di
progettazione Parte 1: Terminologia di base, metodologia
143
Figura 7.1 Processo di riduzione del rischio dal punto di vista del progettista28
Nella prima fase: “Valutazione del rischio” il progettista
utilizzando anche input provenienti dall’utilizzatore o da dati
storici derivati da esperienze precedenti o legate a macchinari 28 UNI EN ISO 12100-1 Sicurezza del macchinario, Concetti fondamentali, principi
generali di progettazione Parte 1: Terminologia di base, metodologia
144
simili, deve analizzare le diverse modalità di funzionamento e i
procedimenti di intervento per valutare quali sono i rischi che
il macchinario presenta, in particolare dovranno essere
valutate:
1. interazione umana durante l’intera durata di vita della
macchina, come sotto descritto:
a. costruzione;
b. trasporto, assemblaggio e installazione;
c. messa in funzione;
d. uso:
messa a punto, addestramento/programmazione o
cambio di lavorazione;
funzionamento;
pulizia;
ricerca dell’avaria;
manutenzione;
e. messa fuori servizio, smantellamento e, nella misura in
cui riguarda la sicurezza, smaltimento;
2. possibili stati della macchina:
a. la macchina esegue la funzione prevista (la macchina
funziona normalmente);
b. la macchina non esegue la funzione prevista (vale a
dire presenta malfunzionamenti) a causa di svariate
ragioni, incluse:
145
la variazione di una caratteristica o di una
dimensione del materiale lavorato o del pezzo da
lavorare;
guasto di uno (o più di uno) dei componenti o dei
servizi;
disturbi di origine esterna (per esempio urti,
vibrazione, interferenza elettromagnetica);
un errore o un'imperfezione nella progettazione
(per esempio errori nel software);
disturbi nell’alimentazione di energia;
condizioni al contorno (per esempio superfici
della pavimentazione rovinate);
3. comportamento scorretto dell’operatore o uso scorretto
ragionevolmente prevedibile della macchina, per esempio:
a. la perdita di controllo della macchina da parte
dell'operatore (specialmente per le macchine a
funzionamento manuale o mobili);
b. reazione istintiva di una persona in caso di
malfunzionamento, incidente o guasto durante l’uso
della macchina;
c. comportamento derivante da mancanza di
concentrazione o noncuranza;
d. comportamento derivante dall’adozione della “linea di
minor resistenza” nell’esecuzione di un compito;
e. comportamento risultante da pressioni per tenere la
macchina in esercizio in tutte le circostanze;
146
f. comportamento di alcune persone (per esempio
bambini, persone disabili).29
Per ognuna di queste modalità potrà essere stilata una lista di
eventuali pericoli ed effettuata una stima del relativo livello di
rischio, utilizzando la semplice metodologia proposta dalla
norma EN1050. Questo metodo quantitativo suddivide il
rischio in 2 elementi come si vede nel diagramma 7.1
Diagramma 7.2 Elementi di rischio
A questi elementi possono essere assegnati valori numerici di
riferimento30:
Gravità del possibile danno divisa in tre livelli
a. Ferite o danno alla salute lieve, in cui rientrano i
pericoli che non comportano infermità permanente
(1)
b. Ferita o danno alla salute grave, pericoli che
comportano infermità permanente (3)
29 UNI EN ISO 12100-1 Sicurezza del macchinario, Concetti fondamentali, principi generali di progettazione Parte 1: Terminologia di base, metodologia30 Qualità e sicurezza, Alessandro Mazzeraghi Nuovo studio tecna
147
c. Morte (9)
Probabilità che si verifichi tale danno divisa a sua volta
in 3 sottocategorie:
1. Frequenza e durata dell’esposizione (probabilità che il
personale sia esposto al pericolo)
a. Raramente o abbastanza spesso (1)
b. Da frequente a continua (3)
2. Probabilità che si verifichi un evento che causa danni:
a. Bassa (si può ritenere che l’evento non si verifichi)
(1)
b. Media (accade qualche volta nella vita utile della
macchina) (3)
c. Alta (accadimento frequente) (9)
3. Evitabilità (possibilità di evitare il pericolo)
a. Possibile in condizioni specifiche (1)
b. Scarsamente possibile (3)
In modo da ottenere tramite la combinazione di questi quattro
fattori un indice di rischio numerico che andrà da 1 (bassissimo
rischio) a 729 (altissimo rischio).
La norma EN1050 consiglia, oltre alla tecnica già esposta, dei
metodi derivati dall’ambiente della qualità come il “Process
mapping” che utilizzeremo sia per descrivere le procedure
operative che per analizzare la sequenza temporale delle azioni
degli operatori e quelle della macchina in modo da evidenziare
interazioni uomo-macchina potenzialmente pericolose. Un’altra
tecnica che utilizzeremo visto che la normativa impone l’analisi
148
dei rischi derivanti da guasti o malfunzionamenti della
macchina sarà l’analisi FMEA31 (Failure Mode Effect Analysis)
questa tecnica applicata insieme con la determinazione degli
alberi di guasto (Fault tree analysis) consiste nel generare una
tabella che per ognuno dei componenti critici della macchina
identifica i modi di guasto, i relativi effetti in termini di
sicurezza e le cause, valutandone la criticità in maniera simile
alla tecnica della EN1050.
Su questa tabella di base è poi possibile indicare le azioni
correttive e ricalcolare l’indice di criticità. In appendice sono
riportati alcuni esempi di mappatura delle procedure, degli
alberi di guasto e dei diagrammi causa effetto usati per le
valutazioni del rischio.
7.2 Valutazione del rischio durante la
costruzione.
Per quanto riguarda la fase di costruzione ci concentreremo
sull’assemblaggio finale, unica fase che viene svolta
interamente all’interno dell’azienda.
Date le dimensioni della macchina ed il peso che sono
considerevoli non risulta conveniente il suo spostamento da un
reparto all’altro per l’allestimento ma è più pratico che il tutto
venga assemblato ed addirittura collaudato e verificato sempre
nello stesso posto, lasciando lo spostamento solo alla fase di
carico e spedizione. Per questo motivo l’ideale schema di
31 FMECA application to evaluate the safety in the integrated design of mechanical systems, Arcidiacono G. Capitani R. Citti P. , 1997
149
assemblaggio è il sistema ad isole, cioè ogni gruppo telaio è
posizionato in uno spazio adeguato e poi allestito secondo una
sequenza ben definita che vedremo di seguito. Intorno ad esso
quindi si muoveranno gli addetti all’assemblaggio che
seguiranno le fasi di montaggio. Si può ragionevolmente
supporre che le dimensioni dell’isola devono essere di circa
100 m² Il telaio viene assemblato in una zona delimitata nel
centro dell’isola ed ai bordi esterni della stessa sono
posizionati scaffali e carrelli nei quali si stivano i componenti
specifici riferiti alla commessa in allestimento, un carroponte
con portata 5 t è utilizzato per il sollevamento e dei
componenti da installare. Inoltre l’isola è dotata di apposite
apparecchiature elettriche adatte a fornire potenza durante la
fase di collaudo e di un videoterminale, avente schermo piatto
da 30”, collegato in rete con l’ufficio tecnico (server aziendale)
per la visualizzazione della distinta base e per la
visualizzazione dei disegni d’assemblaggio (per ragioni di
rispetto ambientale è stato ridotto notevolmente l’uso della
versione cartacea dei disegni e dei documenti, anche nei
confronti dei fornitori che ricevono ordini e disegni in formato
digitale).
Lo schema seguente illustra la disposizione dell’isola:
150
Figura 7.3 Layout reparto assemblaggio
La sequenza di assemblaggio è stata studiata ed analizzata a
fondo e suddivisa in varie fasi che coinvolgono i vari montatori
(vedremo in seguito quali e quanti) in modo da renderla il più
efficiente possibile e risulta essere:
posizionamento telaio
esecuzione impianto idraulico
allestimento parti meccaniche gruppi stampa e bobina
esecuzione impianto pneumatico
allestimento gruppi di essiccazione e trasmissioni
allacciamento impianto elettrico
installazione coperture e protezioni
allestimento dispositivi di sicurezza elettrici
151
L’esecuzione delle varie fasi viene eseguita da due squadre di
tecnici apposite secondo una tabella oraria ben definita nella
quale sono indicati i tempi previsti per l’esecuzione di ogni
operazione.
La scelta del numero di operatori al montaggio è di tre squadre
ben definite:
Squadra assemblatori meccanici: si occupano
dell’assemblaggio dell’impianto idraulico, di tutte le
componenti meccaniche comprese le trasmissioni, la
ventilazione e le coperture. E’ composta da due tecnici
specializzati esperti nello svolgere lavori di assemblaggio
impiantistico e meccanico.
Squadra assemblatori elettricisti: si occupano dell’impianto
pneumatico, del- l’assemblaggio dei quadri elettrici, dei
cablaggi a bordo macchina (collegamento dei motori, delle
elettrovalvole, ecc.) ed anche del collegamento dei dispositivi
di sicurezza. Due tecnici specializzati elettrotecnici si
occupano di quanto già detto e della programmazione e
parametrizzazione del PLC, pannello operatore e degli
inverter.
Squadra collaudo ed assistenza: si occupano della perfetta
funzionalità delle macchine seguendo la procedura di collaudo
152
e verifica appropriata. I collaudatori sono due e possiedono
buone conoscenze sia nel campo della meccanica, impiantistica
e soprattutto nel campo della stampa, infatti verificano il
funzionamento della macchina in funzione del suo prodotto
finito (in condizioni standard). Possono anche esser impiegati
per verifiche e manutenzioni presso stabilimenti di clienti.
Per ogni tipologia di squadra è stato previsto un insieme di
attrezzature specifiche. Per la squadra di montaggio meccanico
sono in uso due carrelli portautensili manuali completi di tutti
gli attrezzi per le lavorazioni al banco ed un carrello preparato
per la costruzione di impianti idraulici, dotato cioè di
apparecchio per la piegatura dei tubi e pressetta per il
serraggio dei raccordi sui tubi flessibili. Per la squadra
assemblatori elettricisti è previsto l’uso di due carrelli
portautensili dotati di attrezzature adeguate al lavoro,
strumentazione elettrica di verifica (tester, pinze
amperometriche e oscilloscopi) e programmatrice per PLC e
inverter. Infine per la squadra collaudo e verifica è previsto un
carrello completo di attrezzature di verifica per i materiali, per
i polimeri e per gli inchiostri, attrezzature specifiche per le
prove sulle macchine.
153
I rischi riscontrabili nella fase di assemblaggio sono riportati
nelle seguenti tabelle:
ANALISI RISCHI SQUADRA ASSEMBLATORI MECCANICI
COMPONENTI DI RISCHIO INDICE RISCHI
ON°
RISCHIO Pericolosità
Probabilità
Esposizione
Evitabilità
Pericoli di natura meccanica dovuti a :
1Schiacciamento
1 3 3 1 9
2 Cesoiamento 1 1 3 1 33 Taglio 1 1 3 1 34 Impigliamento 1 1 3 1 35 Trascinamento 1 1 3 1 36 Urto 3 3 3 1 277 Abrasione 1 1 3 1 3
8Scivolamento, inciampo e caduta
3 3 3 1 27
9Proiezione di materiale solido
3 3 3 1 27
Pericoli di natura elettrica dovuti a :
10Contatti diretti e indiretti
3 1 1 1 3
11Fenomeni elettrostatici
Non applicabili
12
Influenze esterne sugli equipaggiamenti elettrici
Non applicabili
Pericoli generati da rumore e vibrazioni :13 Perdita
dell’udito e 3 3 3 1 27
154
altri effetti psicologici
14
Interferenze con la comunicazione verbale
1 3 3 1 9
15 Vibrazioni 1 1 1 1 1Pericoli generati dalla non applicazione dei principi ergonomici:
16Posizioni errate o sforzi eccessivi
3 3 3 1 27
17
Mancato uso di dispositivi di protezione individuali
3 3 3 1 27
18 Errori umani 3 3 3 1 27Pericoli causati da guasti all’alimentazione di energia, rotture di parti di macchina ed altri problemi funzionali:
19
Guasti o disfunzioni sul sistema di comando e controllo
Non applicabili
ANALISI RISCHI SQUADRA ASSEMBLATORI ELETTRICISTI
COMPONENTI DI RISCHIO INDICE RISCHI
ON°
RISCHIO Pericolosità
Probabilità
Esposizione
Evitabilità
Pericoli di natura meccanica dovuti a :
20Schiacciamento
1 3 3 1 9
21 Cesoiamento 1 1 3 1 322 Taglio 1 1 3 1 323 Impigliamento 1 1 3 1 324 Trascinamento 1 1 3 1 325 Urto 1 3 3 1 926 Abrasione 1 1 3 1 3
27Scivolamento, inciampo e caduta
3 3 3 1 27
28
Proiezione di materiale
1 1 1 1 1
155
solidoPericoli di natura elettrica dovuti a :
29Contatti diretti e indiretti
9 3 3 1 81
30Fenomeni elettrostatici
1 1 1 1 1
31
Influenze esterne sugli equipaggiamenti elettrici
3 1 1 1 3
Pericoli generati da rumore e vibrazioni :
32
Perdita dell’udito e altri effetti psicologici
3 1 1 1 3
33
Interferenze con la comunicazione verbale
3 1 1 1 3
34 Vibrazioni 3 1 1 1 3Pericoli generati dalla non applicazione dei principi ergonomici:
35Posizioni errate o sforzi eccessivi
3 3 3 1 27
36
Mancato uso di dispositivi di protezione individuali
3 3 3 1 27
37 Errori umani 9 3 3 1 81Pericoli causati da guasti all’alimentazione di energia, rotture di parti di macchina ed altri problemi funzionali:
38
Guasti o disfunzioni sul sistema di comando e controllo
3 3 3 1 27
Pericoli causati da temporanea perdita e/o scorretto posizionamento dei mezzi/misure di sicurezza:39 Ripari Non applicabile
40Dispositivi di sicurezza
3 3 1 1 9
41 Mezzi di movimenta zio-ne/manipolazio
1 1 1 1 1
156
ne dei pezzi da lavorare
42
Equipaggiamenti e accessori per la regolazione e/o manu-tenzione in sicurezza della macchina.
3 3 1 1 9
Per quanto riguarda il lavoro dei montatori meccanici, le
misure di protezione adottate sono state le seguenti:
1. Misure di protezione integrate nella progettazione:
a. Per evitare pericoli di natura meccanica tutti i pezzi
saranno progettati per essere privi entro i limiti
consentiti dalle loro funzioni, di angoli acuti e di
spigoli vivi, tutti i pezzi saranno sbavati e non
avranno superfici rugose, pezzi il cui montaggio
possa presentare dei pericoli saranno protetti da
imballi che eviteranno il contatto con le parti
pericolose. (Rif. Rischi N°1,2,3,6,7,20,21,22,25,26)
b. I pezzi pesanti che dovranno essere movimentati
attraverso ausili avranno dei punti di presa studiati e
riporteranno sui disegni costruttivi le corrette
modalità di movimentazione, i dispositivi di
sollevamento saranno dotati di marcatura CE. (Rif.
Rischi N°4,5,9,16,18,35)
c. Per evitare errori di assemblaggio che potrebbero
portare a situazioni pericolose durante il
funzionamento, tramite la rete interna saranno resi
157
disponibili sui personal computer del reparto i
disegni costruttivi aggiornati, gli schemi impiantistici
e gli assiemi dei vari gruppi, in modo da avere un
continuo feedback con la progettazione. (Rif. Rischi
N°18,37)
2. Protezioni e misure di protezione complementari
a. L’impianto elettrico del reparto sarà a norma e
dotato delle misure di protezione dai contatti diretti
e indiretti.(Rif. Rischi N°1,29)
b. L’alimentazione dei quadri della macchina durante le
fasi di test sarà dotata di protezione dai contatti
diretti e indiretti maggiorata e sarà dotata di filtri
EMC per evitare disturbi (Rif. Rischi N°29,31)
c. Nel reparto saranno presenti cancelli con divieto di
accesso ai non addetti per segregare la zona di
assemblaggio (Rif. Rischi N° 37,18)
d. Gli strumenti di misura, le attrezzature portatili, gli
elettroutensili e le macchine di ausilio al montaggio
saranno tutte dotate di marcatura CE e i manuali
d’uso e manutenzione saranno disponibili in reparto
(Rif. Rischi n°42,34,15)
e. I dispositivi di protezione individuale saranno
disponibili e il loro uso sarà menzionato nelle
procedure operative (Rif. Rischi
N°13,14,17,32,33,36)
3. Informazioni per l’uso
a. Saranno definite procedure di lavoro per:
158
i. Controllo di qualità sui particolari prima del
montaggio
ii. Assemblaggio dei sottogruppi;
iii. Controllo di qualità dei sottogruppi;
iv. Assemblaggio finale
v. Test e controlli funzionali sui sistemi della
macchina
b. Nel reparto saranno posizionati segnali di
avvertimento relativi ai pericoli presenti nelle varie
zone e queste zone saranno definite tramite
segnaletica orizzontale.
7.3 Valutazione del rischio durante il trasporto e
l’installazione.
La macchina per il trasporto dovrà essere disassemblata, i
gruppi da trasportare saranno:
1. Gruppo svolgitore / Colore 2
2. Gruppo Avvolgitore / Colore 1
3. Forno di essicazione
4. Quadro elettrico principale
Questi gruppi saranno progettati per facilitare e rendere sicure
le operazioni di disassemblaggio, trasporto e installazione. Per
quanto riguarda l’impianto elettrico i collegamenti tra i gruppi
saranno dotati di connettori non intercambiabili (per evitare
159
problemi nell’installazione), i tubi dell’impianto pneumatico e
idraulico saranno identificati mediante fascette colorate non
asportabili.
Per quanto riguarda i rischi collegati al sollevamento e al
carico dei gruppi, ogni elemento sarà dotato di punti di presa
definiti in cui verranno posizionati degli ausili per l’aggancio
dei golfari. Nel caso dei gruppi svolgitore e avvolgitore questi
saranno un sistema di perni che verranno inseriti nella spalla
del telaio per il sollevamento e il trasporto e tolti per la messa
in funzione.
Figura 7.4 Perni inseribili per la generazione dei punti di presa
Ogni gruppo sarà inserito in una cassa di legno studiata per
proteggerlo durante il trasporto.
Dopo il riassemblaggio molta cura dovrà essere posta alla fase
di collaudo presso il cliente, un collaudo accurato permette di
eliminare molte fonti di rischio. Uno schema generale di
procedura di collaudo sarà il seguente:
Fase 1 Verifica del corretto collegamento all’alimentazione
elettrica e pneumatica
160
Fase 2 Controllo visivo di tutte le apparecchiature della
macchina per vedere se sono state correttamente
assemblate. Questa fase sarà molto importante in
quanto le vibrazioni subite dalla macchina durante il
trasporto possono facilmente allentare le connessioni a
vite che per motivi funzionali non possono essere dotate
di sistemi antisvitamento (ad esempio viti morsettiere
quadri elettrici)
Fase 3 Azionamento in condizioni di sicurezza dell’ interruttore
generale e controllo del funzionamento dei sistemi di
arresto di emergenza e interblocco dei ripari mobili
Fase 4 Controllo funzionale di tutte le apparecchiature
elettriche, idrauliche e pneumatiche.
Fase 5 Verifica del corretto funzionamento dei ventilatori e
dell’essicatore
Fase 6 Test di processo (fare riferimento alle procedure
operative)
a. Carico bobina sullo svolgimento
b. Incorsatura
c. Preparazione bobina sull’avvolgitore
d. Controllo funzionalità di marcia, svolgimento e
riavvolgimento
e. Preparazione gruppi stampa con cliché di test
f. Prova di stampa con controllo funzionale del sistema
di inchiostrazione e stampa.
La fase di collaudo sarà considerata un modo di funzionamento
particolare, dovrà essere eseguita da personale specializzato e
161
sarà segnalata attraverso cartelli e nastri di segregazione in
modo da rispettare la normativa per quanto riguarda l’uso
improprio della macchina32
7.4 Valutazione del rischio durante l’uso.
Come per moltissimi impianti industriali, l’uso della macchina
si divide in 2 fasi principali, la preparazione e la produzione. A
sua volta la fase di preparazione (Setup) si divide nelle
seguenti sottofasi che si svolgono a macchina ferma:
1. caricamento asse svolgitore
2. caricamento asse avvolgitore
3. preparazione gruppi colore
E questa che si svolge con la macchina in marcia:
1. regolazione pressione di stampa colori 1 e 2
I setup a macchina ferma vengono eseguiti da 2 operatori
mentre quando la macchina è in marcia solo 1 operatore
addestrato può stare nelle zone di comando.
Viene eseguita ora un’analisi generale dei rischi per escludere
punto per punto i rischi citati dalla nuova direttiva macchine,
verranno analizzate le procedure operative relative al lavoro
32 Decreto Legislativo n. 17 del 27/01/2010, Allegato 1 - 1.1.2 Principi d'integrazione della sicurezza
162
dei 2 operatori a cui verrà applicato il processo di riduzione del
rischio già utilizzato in precedenza per l’assemblaggio.
7.4.1 Valutazione dei rischi nel caricamento asse
svolgitore e avvolgitore
Per poter essere lavorata la bobina di materiale dovrà essere
posizionata correttamente sull’asse svolgitore e dopo essere
stata lavorata verrà scaricata dall’asse avvolgitore. Queste due
operazioni sono molto delicate in quanto le bobine
movimentate, hanno un peso di circa 320 kg dovranno quindi
essere movimentate tramite un carrello apposito. L’analisi dei
rischi è stata fatta sulla base di molti anni di esperienza nel
campo in quanto il principio di funzionamento di avvolgitore e
svolgitori è uguale per molti tipi di impianti.
Già nella progettazione si è cercato di ridurre i principali rischi
di schiacciamento e impigliamento a cui andavano incontro gli
operatori, nel nostro sistema di bloccaggio l’aspo viene
introdotto con un movimento orizzontale e gli operatori non
sono costretti per la centratura a guidare l’albero espansibile
mentre viene posto in sede, nei tradizionali sistemi con
supporti rotanti apribili invece l’operatore molte volte era
costretto a guidare con la mano l’albero in posizione, questo
comportava dei gravi rischi di schiacciamento documentati da
una nutrita casistica di incidenti. Inoltre gli alberi espansibili
163
utilizzati sui due aspi sono perfettamente uguali in modo da
evitare errori di montaggio o malfunzionamenti dovuti ad un
errato posizionamento. Si e scelto inoltre di mantenere un
comando meccanico per l’aggancio della forza motrice o
frenante all’albero espansibile sempre in modo da evitare
problemi di schiacciamento dovuti al tentativo di sbloccare
maldestramente impuntature meccaniche del sistema, rare ma
sempre possibili.
Il sistema sarà comunque interbloccato attraverso dei sensori
magnetici di presenza che inibiranno la marcia nel caso le leve
di bloccaggio non siano chiuse e l’aspo non sia stato collegato
al freno o alla trasmissione dell’avvolgitore.
Molta attenzione dovrà essere posta nell’uso del pressore
pneumatico presente sull’avvolgitore, vi è un rischio residuo
dovuto alla situazione in cui il pressore venga azionato e l’altro
operatore si trovi a lavorare sulla bobina per diminuire la
pericolosità sarà posto uno strozzatore sullo scarico del
pressore in modo da rallentare la discesa. Nel caso di
mancanza di pressione dovuta ad un malfunzionamento
dell’impianto lo scarico del pistone sarà completamente chiuso
in modo da mantenere il pressore sollevato.
164
Figura 7.4 Diagramma causa effetto pericoli nel caricamento svolgitore
ANALISI RISCHI OPERATORI CARICAMENTO ASSE SVOLGITORE
COMPONENTI DI RISCHIO INDICE RISCHI
ON°
RISCHIO Pericolosità
Probabilità
Esposizione
Evitabilità
Pericoli di natura meccanica dovuti a :
1Schiacciamento
3 3 3 1 27
1bSchiacciamento pressore avvolgitore
1 3 3 1 9
2 Cesoiamento 1 0 1 1 03 Taglio 1 3 1 1 94 Impigliamento 1 0 1 1 05 Trascinamento 1 0 1 1 06 Urto 3 1 1 1 97 Abrasione 1 1 1 1 3
8Scivolamento, inciampo e caduta
3 1 1 1 3
165
9Proiezione di materiale solido
3 1 1 1 3
Pericoli di natura elettrica dovuti a :
10Contatti diretti e indiretti
9 1 1 1 9
11Fenomeni elettrostatici
3 3 1 1 9
12
Influenze esterne sugli equipaggiamenti elettrici
1 1 1 1 1
Pericoli generati da rumore e vibrazioni :
13
Perdita dell’udito e altri effetti psicologici
3 3 3 1 27
14
Interferenze con la comunicazione verbale
1 1 1 1 1
15 Vibrazioni 1 1 0 1 1Pericoli generati dalla non applicazione dei principi ergonomici:
16Posizioni errate o sforzi eccessivi
3 3 3 1 27
17
Mancato uso di dispositivi di protezione individuali
3 3 3 1 27
18 Errori umani 3 3 3 1 27Pericoli causati da temporanea perdita e/o scorretto posizionamento dei mezzi/misure di sicurezza:19 Ripari 9 0 1 1 0
20
Mezzi di movimentazione dei pezzi da lavorare
3 3 1 1 9
Pericoli causati da guasti all’alimentazione di energia, rotture di parti di macchina e altri problemi funzionali:
21Mancanza alimentazione energia
3 0 1 1 0
22 Rotture di parti 3 0 1 1 023 Guasti o 3 1 3 1 9
166
disfunzioni sul sistema di comando
7.4.2 Valutazione dei rischi nella preparazione gruppi
colore
La preparazione dei gruppi colore consiste in tutte quelle
operazioni che permettono di rendere operativi e pronti all’uso
i gruppi stampa della macchina, le principali tra queste
operazioni sono:
1. Pulizia e sostituzione del cliché
2. Pulizia dei cilindri inchiostratori
3. Sostituzione della bacinella
Tutte queste operazioni vengono eseguite nella modalità di
funzionamento setup quindi non vi saranno pericoli di natura
meccanica per quanto riguarda i movimenti legati al cilindro
contropressore. Per quanto riguarda il rullo gommato il
movimento di “macinazione” sarà inibito da un micro posto sul
coperchio della bacinella, in questo modo la sostituzione dei
cliché potrà avvenire o quando i rulli di inchiostrazione sono
fermi o quando il coperchio è montato e quindi per l’operatore
non vi saranno pericoli di natura meccanica legati ai movimenti
dei rulli inchiostratori. La pulizia dei cilindri inchiostratori e
della bacinella verrà effettuata tramite un ciclo automatico di
circolazione del solvente (nel nostro caso acqua) all’interno del
gruppo inchiostratore, concluso questo ciclo l’operatore potrà
167
togliere il coperchio, pulire gli ultimi residui di inchiostro dai
rulli e far svuotare la bacinella di raccolta. Nel caso di cambio
di tipologia di vernice o colore la bacinella potrà essere
sostituita, verifichiamo ora se la bacinella vuota potrà essere
asportata e spostata anche da un solo operatore, per fare
questo calcoliamo l’Indice di Sollevamento secondo il metodo
NIOSH 91:
IS= Pesoe ffettivo sollevatoRWL
Il valore di RWL da utilizzare è il minimo trovato applicando la
seguente formula all’origine e alla destinazione dell’azione
elementare di sollevamento e spostamento.
RWL=23× FA × FB ×FO× Fθ× FF × FP
Nel nostro caso si tratta di sollevare una bacinella da terra A0
= 0 cm fino ad una altezza A1 = 85 cm e di sostenerla ad una
distanza dal baricentro del corpo H = 50 cm.
FA 0 ( Fattore Altezza )=1−¿ FB (Fattore disloc . vert . )=0,82+( 0,45B )=0,825
FO ( Fattore disloc .oriz . )=25H
=0,5
Fθ (Fattore disloc .ang . )=1(l' operazioneè frontale)
FF ( Fattore frequenza )=1(l' operazionenonè frequente)
FP (Fattore di presa )=0,9(la presanonè ottimale)
168
RWL0=23×0,775× 0,825×0,5×1×1×0,9=6,61[Kg ]
FA 1 (Fattore Altezza )=1−¿ FB (Fattore disloc . vert . )=0,82+( 0,45B )=0,825
FO ( Fattore disloc .oriz . )=25H
=0,5
Fθ (Fattore disloc .ang . )=1(l' operazioneè frontale)
FF ( Fattore frequenza )=1(l' operazionenonè frequente)
FP (Fattore di presa )=0,9(la presanonè ottimale)
RWL1=23× 0,97× 0,825× 0,5×1×1×0,9=8,28[Kg ]
La bacinella in acciaio inox pesa 6 [Kg], l’indice di
sollevamento sarà
IS= 66,61
=0,91
questo valore è inferiore a 1 quindi secondo la NIOSH91 che
permette di proteggere il 90% della popolazione lavorativa
maschile il compito è accettabile.
Per quanto riguarda l’analisi dei rischi di altra natura si
rimanda alla tabella riguardante le azioni di carico e scarico
dell’asse avvolgitore.
7.4.3 Valutazione dei rischi nella regolazione
pressioni di stampa.
169
Come già visto, per poter trasferire la vernice sul materiale i
cilindri del gruppo stampa devono essere correttamente
avvicinati, in modo da avere un contatto ottimale tra cilindro
anilox e cilindro portacliché e tra cilindro portaclichè e
materiale sostenuto dal cilindro contropressore. Per eseguire
queste manovre la macchina dovrà essere in movimento ad una
velocità di 15 m/min, una velocità troppo bassa non permette
di valutare la qualità del trasferimento mentre una velocità più
alta genera troppo materiale di scarto. Con la macchina in
movimento l’operatore dovrà agire sui quattro volantini che
controllano singolarmente lo spostamento dei supporti destri e
sinistri dei cilindri. Le manopole sono posizionate ad un’altezza
di 750 mm e 850 mm in modo da essere facilmente utilizzabili
e da non impedire la visuale dell’operatore sul gruppo in
movimento, seguendo le indicazioni della norma UNI EN 894-3
sono state scelte manopole zigrinate a presa laterale
appartenenti alla classe 33 che permettono un’elevata
precisione di manovra. Per permettere all’operatore di
visualizzare l’effetto sul materiale della pressione impostata
nel gruppo colore 1 sarà posizionato uno specchio e un sistema
di illuminazione adeguato in quanto il giro film del materiale
non permette una visione diretta. I rischi delle operazioni di
regolazione delle pressioni non sono elevati in quanto
l’operatore che deve essere correttamente istruito sulla
procedura operativa si trova in una zona poco pericolosa e la
macchina si trova in marcia ad una velocità bassa che permette
facilmente l’arresto nel caso si presentino malfunzionamenti o
170
pericoli. Per evitare anche il remoto rischio di una volontario
contatto tra l’operatore e i cilindri in movimento saranno
montati dei ripari fissi interbloccati con la marcia che
impediranno l’accesso alla zona pericolosa progettati tenendo
presente le indicazioni della norma UNI EN 953, lo sviluppo di
questi ripari dovrà essere effettuato durante la costruzione
della macchina in modo da verificare sul campo la rispondenza
alle disposizioni delle norme UNI EN 294 e UNI EN 349.
7.4.4 Valutazione dei rischi legati alla temperatura e
al rumore
Per quanto riguarda il pericolo di contatto con parti della
macchina con temperature pericolose, si è studiato un sistema
di coibentazione della parte inferiore del forno di essicazione in
modo da evitare ogni possibilità di contatto per l’operatore;
esiste un rischio residuo durante le attività di controllo e
pulizia delle soffianti del forno, questo rischio verrà segnalato
attraverso cartelli posti sui portelli del forno, saranno
richiamate nel manuale operativo le corrette procedure da
171
eseguire e l’accorgimento di intervenire sul forno solo quando
la temperatura si sia abbassata fino a raggiungere il valore
ambiente. La rumorosità della macchina sarà mantenuta entro
limiti accettabili per una presenza continuativa degli operatori
andando a prendere accorgimenti per diminuire il valore
dell’emissione sonora dei ventilatori del forno di essicazione,
uniche fonti sonore che potrebbe superare i limiti imposti dalle
normative.
8 ANALISI GUASTI E MALFUNZIONAMENTI
8.1 Analisi FMEA
L’analisi dei modi di guasto dell’impianto e dei suoi
componenti ha i seguenti scopi:
172
Determinare i guasti critici dal punto di vista della
funzionalità in modo da stabilire un programma di
manutenzione e una lista di ricambi che possono garantire
un funzionamento affidabile e continuo.
Determinare i guasti pericolosi dal punto di vista della
sicurezza in modo da attuare delle azioni correttive
idonee alla salvaguardia degli operatori.
Per effettuare una corretta analisi per ogni componente della
macchina si dovrà identificare il modo di guasto, gli effetti dal
punto di vista della sicurezza o del funzionamento e le cause.;
utilizzando lo stessa modalità ad indici della norma EN1050 si
andrà a generare un valore di priorità del guasto, in seguito si
indicheranno le azioni correttive.
Gli indici utilizzati per determinare il livello di criticità di un
guasto saranno:
La probabilità che si verifichi l’evento e che le
conseguenze vadano ad interessare gli operatori. (Pe)
La gravità dell’effetto valutata come criticità per la
funzionalità dell’impianto o per il verificarsi di situazioni
potenzialmente pericolose
La probabilità di rilevare il problema.
Per analizzare i modi di guasto dell’impianto si è fatto
riferimento a dati storici di guasti avvenuti su macchine simili
e ai dati di affidabilità forniti dai costruttori delle parti.
173
Componente
Caratteristiche di guastoIndici Azioni
correttiveDescrizion
eModo Effetto Causa
PeG Pr
Cr
GRUPPO SVOLGITOREAlbero espansibile
Rottura valvola
Fermo macchina
Difettosità
3 9 381
Manutenzione periodica
Freno a polvere
Perdità di funzionalità
Fermo macchina
Usura anomala
1 9 1 9Manutenzione periodica
Scheda alimenta-zione freno
RotturaFermo macchina
Difettosità / Errata alim.
3 9 381
Verifica periodica
Pistoni bloccaggio
Rottura sensore
Fermo macchina
Difettosità
3 9 381
Controlli sulle forniture
Sensore presenza bobina
RotturaFermo macchina
Difettosità
3 9 381
Controlli sulle forniture
Celle di caricoStaratura / Rottura
Fermo macchina
Usura anomala
1 9 327
Manutenzione periodica
Sensore diametro
Staratura/ Rottura
Fermo macchina
Difettosità
3 9 381
Verifica periodica
GRUPPO AVVOLGITOREAlbero espansibile
Rottura valvola
Fermo macchina
Difettosità
3 9 381
Manutenzione periodica
Pistoni bloccaggio
Rottura sensore
Fermo macchina
Difettosità
1 9 381
Controlli sulle forniture
Sensore presenza bobina
RotturaFermo macchina
Difettosità
3 9 381
Controlli sulle forniture
Celle di caricoStaratura / Rottura
Fermo macchina
Usura anomala
1 9 327
Manutenzione periodica
Sensore diametro iniziale
RotturaFermo macchina
Usura anomala
3 9 127
Manutenzione periodica
IMPIANTO PNEUMATICO
Valvole elettro-pneumatiche
Malfunzionamento elettrico
Fermo macchina
Difettosità
3 9 381
Test di funzionamento periodico
174
Valvole elettro-pneumatiche
Guasto meccanico
Fermo macchina
Usura anomala
1 9 327
Verifica periodica
Cilindri pneumatici rotelle di pressione
Rottura sensore
Fermo macchina
Difettosità
1 927
Controlli sulle forniture
Componente
Caratteristiche di guastoIndici Azioni
correttiveDescrizion
eModo Effetto Causa
PeG Pr
Cr
IMPIANTO IDRAULICO
Pompa idraulica
Malfunzio-namento elettrico
Malfunzio-namento gruppi idra-ulici
Difettosità
1 9 327
Controlli sulle forniture
Pompa idraulica
Malfunzio-namento meccanico
Malfunzio-namento gruppi idra-ulici
Difettosità
1 9 327
Controlli sulle forniture
Valvole elettro-idrauliche
Guasto elettrico
Malfunzio-namento gruppi idra-ulici
Difettosità
1 3 3 9Controlli sulle forniture
Valvole elettro-idrauliche
Guasto meccanico
Malfunzio-namento gruppi idra-ulici
Difettosità
1 3 3 9Controlli sulle forniture
Tubi e raccorderia
Perdita olio
Malfunzio-namento gruppi idra-ulici
Usura anomala / Difettosità
3 3 327
Verifica periodica / Controlli sulle forniture
GRUPPO STAMPACuscinetti ad aghi
RotturaFermo macchina
Usura anomala
9 3 127
Sostituzione periodica
Ingranaggio Rottura Fermo Usura 3 3 3 2 Verifica
175
portacliché macchina anomala 7 periodicaIngranaggio contropressore
RotturaFermo macchina
Usura anomala
1 9 327
Verifica periodica
Registri stampa
RotturaPerdita produttività
Usura anomala
1 3 1 3Verifica periodica
Viti regolazione pressioni stampa
RotturaPerdita produttività
Usura anomala
1 3 1 3Verifica periodica
COMANDI MACCHINAComandi arresto emergenza
Malfunzio-namento
Rischio funzionale
Difettosità
1 927
Test funzionamento periodico
Protezioni corto circuito e sovraccarico motori
Malfunzio-namento
Danno ai motori / fermo macchina
Difettosità
1 927
Test funzionamento periodico
Sensori temperatura
Rottura / Staratura
Malfunzionamento forno
Usura anomala
1 3 9Test e taratura periodica
8.2Manutenzione programmata
Dopo aver eseguito l’analisi dei modi di guasto si passa a
stendere delle check list di manutenzione che se correttamente
eseguite possono ridurre sensibilmente i rischi legati al
presentarsi di guasti e malfunzionamenti.
Manutenzioni Giornaliere
Eseguibili direttamente dagli operatori:
Pulizia dei gruppi colore ad ogni cambio turno.
Lubrificazione dei cuscinetti ad aghi dei portaclichè con olio
minerale.
176
Lubrificazione con grasso adesivo degli ingranaggi dei rulli
portaclichè.
Lubrificazione con grasso adesivo dei dispositivi di registro
stampa.
Lubrificazione con grasso adesivo delle viti di movimento
gruppi colore.
Verifica funzionalità comandi di arresto emergenza ad ogni
cambio turno.
Manutenzione Mensile
Eseguibile dall’operatore coadiuvato da un tecnico del reparto
manutenzione
Controllo del consumo degli ingranaggi.
Controllo dello stato dei cuscinetti.
Controllo dei riduttori delle motorizzazioni principali.
Controllo e lubrificazione delle scatole d’avanzamento.
Accurata pulizia degli ugelli del forno di essicazione.
Accurata pulizia dei canali d’evacuazione.
Sostituzione del filtro dell’impianto pneumatico.
Controllo e rabbocco dell’olio idraulico nella centralina.
Controllo taratura sensori di temperatura
Controllo sensori avvolgitore e svolgitore
Controllo taratura celle di carico
Manutenzione Annuale
Eseguibile dall’operatore coadiuvato da un tecnico del reparto
manutenzione
177
Controllo dello stato del cablaggio dei cavi nei quadri
elettrici.
Controllo del funzionamento dei dispositivi di sicurezza.
Controllo dello stato di ogni motore elettrico.
Controllo dello stato e della taratura di ogni sensore.
Controllo dello stato delle superfici dei rulli retinati.
Controllo dello stato delle superfici dei rulli gommati.
Controllo ed eventuale sostituzione dei cuscinetti volventi
dei rulli folli.
Controllo visivo dell’impianto idraulico e pneumatico.
Controllo dei valori di assorbimento dei motori elettrici.
Sostituzione dell’olio nel circuito idraulico.
Controllo stato alberi espansibili
Controllo stato pompa idraulica
Verifica bilanciatura ventilatori
9. CONCLUSIONI
178
In un periodo storico pieno di rapidi cambiamenti nel campo
dello sviluppo tecnico e d economico, con la crescita
aggressiva di paesi emergenti, si è costantemente alla ricerca
dei migliori risultati al minimo costo non solo a livello
economico ma anche nel rispetto dell’ ambiente. Per tal motivo
in più di un occasione si sono basate le scelte progettuali sui
principi del “green design”. Infatti più del 95% dei componenti
della macchina può essere riciclato: si è studiato il modo di
ridurre il più possibile lo scarto di materia prima (inchiostro e
materiale da stampare) aumentando l’ efficienza del sistema d’
essiccazione in modo da ridurre, a parità di risultati, il
consumo energetico in maniera significativa.
Per quanto riguarda l’attenzione agli operatori si è scelto un
sistema di comando il più possibile tradizionale, in modo da
unire la facilità d’uso, data da strumenti di comando intuitivi e
immediati, con una complessità “nascosta” nel sistema di
controllo. Attraverso la rete profibus possiamo avere una
gestione evoluta dei parametri di funzionamento e la
connessione della macchina al sistema informativo aziendale,
in modo da inserirla direttamente senza intermediazioni nei
moduli legati alla manutenzione e alla gestione della
produzione.
Il processo di progettazione non dovrebbe concludersi mai, è
costante la ricerca di soluzioni migliorative ai quesiti che il
nostro lavoro pone continuamente, questa tendenza si scontra
con la necessità di costruire dei prodotti, che dovranno essere
venduti e usati, durante tutta la vita utile della macchina,
179
continueremo comunque ad interagire con gli utilizzatori per
migliorarne le caratteristiche e le funzionalità.
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181
