I giunti R+W, robusti e affidabili, risultano molto utili in diverse lavorazioni nell’industria metallurgica. In particolare in processi che utilizzano rulli, dalla profilatura a rulli alla laminazione, l’uso di limitatori di coppia può rivelarsi fondamentale per consentire uno svolgimento continuo e affidabile del processo produttivo, evitando danni e onerosi fermi macchina.
La profilatura a rulli
Nella profilatura a rulli, lastre di metallo piatte vengono lavorate per trasformarle in profilati. Per ottenere questo risultato, le lastre passano attraverso rulli azionati da motoriduttori. I robusti giunti di R+W forniscono un collegamento sicuro fra motore e rullo. Molte aziende operanti in vari settori, dall’industria automobilistica alla produzione di mobili e arredi, dalle costruzioni all’ingegneria in generale, utilizzano questo genere di profili. I più tipici prodotti e applicazioni di questa tecnica comprendono le rotaie per costruzioni, i guardrail, le scaffalature in acciaio e le guide per cassetti. Rispetto ad altri sistemi di deformazione plastica, la profilatura a rulli si distingue per il suo eccezionale livello di flessibilità e convenienza. Grazie a velocità di produzione che possono arrivare ai 200 metri al minuto, questo metodo si presta particolarmente alle produzioni di alti volumi. Lo spessore della lastra rimane più o meno costante durante tutto il processo produttivo, un aspetto che distingue questa lavorazione dalla laminazione tradizionale; una cosa che entrambi i metodi hanno invece in comune è la disposizione delle attrezzature. Le coppie di rulli deformano le lastre successivamente in diversi stadi. Come in un laminatoio tradizionale, anche nella profilatura a rulli la lastra di metallo passa attraverso i rulli e viene trasformata nel profilo desiderato con tutte le piegature che questo richiede. Per garantire una qualità uniforme della produzione e una stabilità del processo – elementi sempre più importanti – è essenziale che i componenti motori assicurino un’affidabilità operativa e una ripetibilità molto elevate. R+W, la multinazionale tedesca leader nella produzione di giunti, alberi di trasmissione e limitatori di coppia per l’industria, grazie alla pluriennale esperienza come fornitore del settore metallurgico, è in grado di fornire un’ampia gamma di giunti per soddisfare questi requisiti.
Installazioni a misura di laminatoio
Un grande laminatoio asiatico ha costituito una sfida particolarmente complessa in tal senso. In questa fabbrica è stato deciso di creare un sistema di profilatura a rulli a partire da due processi di piegatura. Per connettere i rulli dei laminatoi ai motoriduttori collegati in serie, occorrevano giunti di precisione in ciascuna stazione di laminazione. Le dimensioni dei giunti erano però condizionate dalla struttura dei laminatoi: non potevano essere più lunghi di 145 mm con un diametro esterno di 200mm. Nonostante questi limiti dimensionali, dovevano essere in grado di trasmettere un valore di coppia di 2.000 Nm con sufficienti margini di sicurezza. Di conseguenza, era necessario progettare un giunto in grado di sopportare una coppia massima di 3.100 Nm con picchi fino a 5.500Nm. I progettisti di R+W sono riusciti a creare una soluzione compatibile con queste esigenze. Con un progetto speciale ispirato al collaudato giunto a soffietto metallico BK8/1500, hanno creato una soluzione che rispondeva a tutte le specifiche. Grazie a un soffietto metallico in acciaio inossidabile progettato ad hoc per questa applicazione, il giunto ha praticamente triplicato la propria densità di potenza. Con una lunghezza di 144 mm e un diametro esterno di 190 mm, il giunto si è rivelato la soluzione perfetta per l’integrazione nell’applicazione in oggetto. I giunti a soffietto metallico, come ad esempio i modelli della serie BK8, sono giunti senza gioco, torsionalmente rigidi, progettati per connessioni dirette. Questa serie, robusta e compatta, è stata originariamente concepita per applicazioni nel campo della robotica. Permette una connessione fra parte motrice e parte condotta che, pur essendo torsionalmente rigida, può compensare i disallineamenti laterali, assiali e angolari dell’albero con basse forze di richiamo, proprio grazie ai soffietti metallici. Per il collegamento con i riduttori, i giunti hanno una flangia ISO. Sono privi di usura e costruiti per durare; assicura inoltre un’affidabile trasmissione della coppia anche ad alte velocità.
Giunti per ogni utilizzo
A seconda dei requisiti, un enorme numero ed un’ampia varietà di giunti sono utilizzati nell’industria della lavorazione dei metalli. In un altro laminatoio, la soluzione correttamente identificata dagli esperti di R+W è stata una versione speciale del giunto industriale di sicurezza ST1. In questo caso era richiesto un giunto compatto e torsionalmente rigido che potesse garantire un’affidabile limitazione della coppia a 1.500 NM in caso di sovraccarico e allo stesso tempo compensare disallineamenti laterali, assiali e angolari fra gli alberi. I giunti utilizzati nel laminatoio dovevano essere progettati con mozzi di serraggio facili da installare per collegarli all’albero del riduttore. Inoltre, i giunti di sicurezza dovevano essere in grado di fornire una specifica adattabilità per consentire al valore di coppia tarabile ed adattabile alle circostanze se e quando richiesto. Il disegno modulare dei giunti ST1 serie 5 ha fornito le condizioni ideali per soddisfare queste richieste. Pur essendo stati progettati per gestire trasmissioni indirette come standard, possono essere facilmente abbinati a componenti aggiuntivi in grado di compensare i disallineamenti. Grazie al sistema modulare intelligente, è stato possibile montare con flangia di fissaggio un giunto a soffietto metallico torsionalmente rigido con mozzi di serraggio. Questo ha reso possibile una connessione diretta ai riduttori; la compensazione richiesta dei disallineamenti fra gli alberi è stata assicurata dal soffietto metallico. Fra gli altri aspetti, la serie 5 permette un range di taratura da 1.200 a 1.400 Nm, il che ha permesso di ottenere facilmente il valore di coppia limite di 1.500 Nm.
L’importanza dei giunti di sicurezza
A quasi tutti i gestori di impianti di laminazione è capitato di segnalare un danno nella trasmissione. Il sistema di trasmissione di un laminatoio è pressoché identico in tutti gli impianti: essenzialmente si tratta di un motore elettrico accoppiato a un ingranaggio con pignone. Gli alberi di azionamento dell’ingranaggio sono collegati con i rulli motori del laminatoio mediante alberi cardanici. Poiché gli ingranaggi sono progettati per garantire maggiore sicurezza rispetto agli alberi cardanici, questi ultimi rappresentano il punto debole nella linea di trasmissione; sono proprio gli alberi cardanici infatti a rompersi per primi in casi di sovraccarico. Questo comporta la necessità di disporre una scorta di alberi cardanici come pezzi di ricambio per ridurre il tempo di fermo in caso di rottura di uno di essi, poiché la consegna di un albero cardanico di questo tipo richiede diverse settimane. Inoltre, anche disponendo del ricambio, la sostituzione degli alberi cardanici implica dei tempi relativamente lunghi e pertanto un costoso blocco della produzione. In questi casi l’integrazione nell’impianto di un giunto di sicurezza o limitatore di coppia rappresenta un investimento intelligente. A volte nei nuovi impianti questa soluzione non viene adottata perché erroneamente ritenuta troppo costosa, mentre negli impianti già esistenti è diffusa l’opinione che non sia possibile installare un’integrazione sulla macchina in un secondo momento. Se però si mettono a confronto i costi dovuti allo stoccaggio dei pezzi di ricambio e del blocco della produzione con il prezzo di acquisto di un giunto di sicurezza, tutto depone a favore dell’impiego di quest’ultima soluzione. In gran parte dei casi è possibile anche montare semplicemente il giunto in un secondo momento negli impianti di laminazione esistenti, al posto del giunto standard installato tra motore e ingranaggi. In tal caso si tratta per lo più di un giunto lamellare o di un innesto a denti. In alternativa è possibile posizionare il giunto di sicurezza anche sul lato condotto, tra l’ingranaggio e l’albero cardanico.
Flessibilità per ridurre il fermo macchina
Un esempio pratico è dato dall’applicazione realizzata per MK Metallfolien, un laminatoio di Hagen. Questa ditta produce fogli utilizzati tra l’altro nei filtri antiparticolato per autovetture. Il laminatoio a 20 rulli reversibili, prodotto da un’azienda statunitense, lamina l’acciaio con una larghezza compresa tra 178 mm e 380 mm in un nastro che misura in ingresso 1 mm e in uscita meno di 0,025 mm. Il nastro, quindi, viene laminato da 2.500 m fino a raggiungere una lunghezza massima di 20 km. Per questo processo il motore asincrono fornisce una coppia nominale di quasi 3,7 kNm a circa 225 kW con 565 U/min e con un ridotto regime di giri. In passato si è verificato un guasto che ha provocato la rottura dello snodo dell’albero cardanico; anche l’innesto a denti tra il motore e l’ingranaggio ha riportato dei danni. Le richieste fatte a diverse aziende che producono giunti prevedevano tempi di consegna superiori a 10 settimane. Un arresto dell’intero impianto per un tempo così lungo sarebbe stato intollerabile. Inoltre, nell’ambito del processo di ottimizzazione continua si cercava una soluzione grazie alla quale in futuro si sarebbero potuti evitare casi del genere. A questo punto è entrata in gioco HPL Neugnadenfelder Maschinenfabrik, un’azienda che da tempo fornisce assistenza a MK Metallfolien nel campo delle tecnologie
di laminazione e degli impianti di produzione di nastri, oltre che in tutte le questioni di taglio trasversale e longitudinale. HPL ha quindi proposto di utilizzare un giunto di sicurezza, ma questo tipo di giunti non è un articolo normalmente disponibile in magazzino e pronto da consegnare. HPL è riuscita peraltro a fornire la sua assistenza grazie al supporto di R+W. Questa collaborazione ha permesso di trovare una soluzione realizzabile in tempi relativamente brevi. In meno di tre settimane R+W è riuscita a fornire una soluzione che sostituisce il vecchio innesto a denti come collegamento albero-albero e allo stesso tempo funziona come sicurezza in caso di sovraccarico. L’aspetto insolito di questa installazione è dato dalla configurazione del giunto; infatti il giunto prescelto, ST2/25, tarato per lo sgancio a 6.610 Nm e abbinato a un giunto torsionalmente elastico. Questa soluzione ha tempi di consegna molto più brevi rispetto a un giunto torsionalmente rigido. In realtà nella trasmissione principale dei laminatoi è difficile trovare giunti elastici, viste le necessarie caratteristiche di rigidità, tuttavia in questo punto l’elasticità appare trascurabile. L’elemento elastico di compensazione del giunto selezionato possiede una rigidità torsionale dinamica di 230×103 Nm/rad. Questo significa una torsione inferiore a un grado angolare nel normale esercizio con una potenza di azionamento di 3,700 Nm. Sull’ipotesi che questo angolo di torsione potesse influire sul prodotto finale, non è stato possibile esprimere una seria valutazione a priori. Il rischio era noto a tutte le parti coinvolte. Tuttavia la prospettiva di poter ricominciare la produzione con il laminatoio alcune settimane prima del previsto ha fatto sì che si tentasse una prova con questo giunto. Dopo tre mesi di funzionamento su cicli di tre turni e circa 40 incisioni a settimana il giunto è stato sottoposto a una verifica ed è risultato come nuovo, esattamente come si presentava alla data di consegna. Il ridotto angolo di torsione generato dal giunto elastico non dà luogo ad alcun effetto negativo sul prodotto finito, come ha affermato Jörg Giersbach, responsabile tecnico di MK Metallfolien.
Un investimento che si ripaga rapidamente
Anche l’azienda Fa. R. Mendritzki Kaltwalzwerk GmbH & Co. KG ha installato un giunto di sicurezza prodotto da R+W presso un suo laminatoio a Bochum. Anche in questo caso in passato si erano verificati diversi guasti agli alberi cardanici, causati da sovraccarichi dovuti alla produzione. Lo stabilimento di Bochum produce laminati per i più diversi settori industriali. Il materiale di larghezza massima di 300 mm ha uno spessore in entrata di 10 mm ed è laminato a una velocità di 150 m/min. fino a uno spessore di 0,5 mm. Secondo quanto ha affermato Waldemar Steier, responsabile di produzione, il giunto si è attivato diverse volte e quindi ha già ammortizzato più di una volta il suo costo.
Il giunto installato in questo caso è un modello ST4/10, un giunto di sicurezza integrato in un innesto a denti a gioco ridotto. Inoltre, su richiesta del cliente è stato fornito anche un disco freno integrato per il freno di stazionamento. I giunti ST sono molto richiesti nelle applicazioni industriali in genere, perché la loro funzione di sicurezza offre un gran numero di importanti vantaggi: questi robusti limitatori di coppia proteggono la parte motrice da danni onerosi in caso di guasti e minimizzano i tempi di fermo macchina. Il funzionamento di un giunto di sicurezza è semplice: se al giunto si applica una coppia predeterminata, il giunto interrompe in pochi millisecondi la trasmissione di coppia tra lato di comando e lato condotto. Questo disaccoppiamento ha anche lo scopo di impedire che l’energia cinetica residua prodotta eserciti la sua azione distruttiva sui componenti della trasmissione che devono essere protetti. Come tutti i limitatori di coppia di R+W, anche la serie ST è progettata con moduli di innesto che consentono l’accoppiamento dinamico tra lato di comando e lato condotto del giunto. All’interno di questi moduli di innesto si precarica assialmente una sfera tramite un pacchetto di molle a tazza; una metà di questa sfera sporge da questo elemento e si inserisce in una sede sull’altro lato del giunto. Quando la forza periferica che agisce sulla sfera raggiunge un determinato momento, la sfera scivola nel modulo di innesto, ribaltando il pacco molle e disaccoppiando il lato motore dal lato condotto. Una volta eliminata l’origine del sovraccarico, per rimettere in funzione il giunto è sufficiente soltanto ruotare il giunto nella giusta posizione e applicare una leggera forza assiale sul modulo di innesto, ad esempio colpendolo con un martello di gomma o facendo leva con un apposito utensile. Diversamente dai giunti a spina tranciabile largamente diffusi in passato, non sono necessarie conoscenze particolari o altro materiale da utilizzare, come bulloni, lubrificanti e simili. Il giunto non necessita di alcuna manutenzione. I giunti di sicurezza della serie ST sono disponibili in diverse versioni in base alle esigenze. A seconda del modello e della serie, i giunti standard proposti dall’azienda sono disponibili con serraggio a chiavetta, a flangia o con calettatore conico, sotto forma di collegamenti albero-albero per trasmissione diretta o indiretta, torsionalmente rigida o in grado di assorbire vibrazioni, per valori di coppia fino a 250.000 Nm. Inoltre, su richiesta, sono disponibili versioni e progetti per valori di coppia anche più elevati. Questi giunti permettono di modificare in qualsiasi istante il valore della coppia di sgancio preimpostato, successivamente all’applicazione e con pochi interventi manuali. I numerosi esempi sopra riportati di applicazioni nell’ambito della lavorazione dei metalli servono a dimostrare quanti diversi fattori sia necessario prendere in considerazione quando si sceglie e si sviluppa un giunto. Per fornire agli utilizzatori il giunto giusto dal punto di vista della funzionalità, dell’affidabilità del processo e della convenienza, la conoscenza del settore e delle applicazioni così come la competenza tecnica nel campo dei giunti e la flessibilità giocano un ruolo cruciale. R+W lavora in sintonia con i progettisti e gli ingegneri di una vasta gamma di industrie e applicazioni.
