A Dérouleur rotatif fonctionne en soutenant un rouleau enroulé de matériau en bande sur un arbre ou un mandrin rotatif, puis en contrôlant activement la vitesse et le couple de freinage appliqués à cet arbre lorsque le processus en aval retire le matériau du rouleau. Le principe de base est le contrôle continu de la tension : à mesure que le diamètre du rouleau diminue pendant le déroulement, la même vitesse linéaire de la bande nécessite progressivement moins de couple de rotation, et le système de contrôle du dérouleur compense automatiquement pour maintenir une tension de bande stable et constante tout au long de la durée de vie du rouleau. Yitong Environmental Technology décrit clairement cette fonction : un dérouleur rotatif alimente en continu un rouleau de matériau dans un processus de conversion, d'impression, de revêtement ou de laminage en aval à une vitesse et une tension contrôlées, en faisant tourner le rouleau parent à mesure que le matériau est consommé et en maintenant une alimentation de bande constante sans interruption (Source : Yitong Environmental Technology, Qu'est-ce qu'un dérouleur rotatif). La précision de la tension est importante, car une tension incohérente provoque des plis, des cassures, des erreurs de repérage et des défauts d'impression dont la correction coûte du temps et du matériel.
Pour comprendre le fonctionnement d’un dérouleur rotatif, il est utile de comprendre le problème qu’il doit résoudre. Les processus de fabrication basés sur le Web, notamment l'impression, le découpage, le revêtement, le laminage et la transformation d'emballages flexibles, nécessitent tous un flux de matériau continu et à tension stable entrant dans la machine à une vitesse constante. La matière première arrive sous forme de rouleau enroulé, et un rouleau enroulé présente un défi mécanique fondamental : à mesure que la matière est consommée de l'extérieur du rouleau vers l'intérieur, le diamètre du rouleau diminue continuellement. À vitesse d'arbre constante, un rouleau de plus petit diamètre produit moins de bande par tour. À tension constante avec un système de freinage simple, la tension augmente à mesure que le diamètre diminue car le même couple de freinage agit désormais sur un bras de moment plus petit.
Jota Machinery l'explique directement : un support de déroulement est bien plus qu'un support mécanique ; il s'agit d'un système soigneusement conçu pour supporter des rouleaux géants lourds, contrôler la tension à mesure que le diamètre du rouleau diminue et maintenir la bande alignée lorsqu'elle entre dans les sections en aval, avec une conception appropriée empêchant les plis, les cassures et les bords inégaux qui coûtent des heures d'arrêt et la cohérence du produit (Source : Jota Machinery, Qu'est-ce qu'un support de déroulement). Un dérouleur rotatif résout ce problème de diamètre décroissant grâce à une boucle de contrôle de détection de diamètre, un système de rétroaction de rouleau danseur ou un système de mesure de tension de cellule de charge, chacun ajustant en continu le couple de déroulement pour compenser la géométrie changeante du rouleau.
Un dérouleur rotatif intègre plusieurs sous-systèmes mécaniques et de contrôle, chacun remplissant une fonction spécifique dans la séquence de manutention de la bande.
Le châssis principal constitue la base structurelle qui supporte le poids du rouleau parent et résiste aux forces dynamiques générées lors de la traction, de l'accélération et de la décélération de la bande. Le support de rouleau prend l'une des deux formes principales : une conception avec arbre dans laquelle un arbre de mandrin est enfilé à travers le noyau du rouleau et verrouillé dans des roulements latéraux, ou une conception sans arbre dans laquelle des mandrins hydrauliques ou mécaniques s'étendent dans le noyau du rouleau à partir de chaque extrémité sans nécessiter un arbre sur toute la longueur. Jota Machinery note que les systèmes de tourelle sans arbre sont utilisés pour les films d'emballage flexibles afin de garantir une manipulation fluide des matériaux étirables, tandis que les conceptions basées sur un arbre sont plus courantes pour les applications de films rigides, de papier et de feuilles où la rétention du noyau est moins préoccupante (Source : Jota Machinery, Qu'est-ce qu'un support de déroulement). Les rouleaux de papier parents peuvent peser plusieurs tonnes et dépasser 2 500 mm de diamètre, ce qui nécessite une construction de cadre robuste et un contrôle de tension à couple élevé pour être manipulés en toute sécurité (Source : Yitong Environmental Technology, Qu'est-ce qu'un dérouleur rotatif).
Le système de freinage ou d'entraînement est ce qui contrôle physiquement la rotation de l'arbre du rouleau en réponse à la traction de la bande appliquée par la machine en aval. Trois principales technologies d'actionnement sont utilisées.
Dans les systèmes de freinage pneumatique, la pression de l'air appliquée à un frein à disque ou à tambour sur l'arbre de déroulement crée un couple de freinage qui résiste à la traction du processus en aval. Une approche mécanique de base utilise des pneumatiques ou des ressorts pour équilibrer la force d'un danseur rotatif ou d'un feston rotatif contre un frein sur l'arbre de déroulement, comme décrit par Label and Narrow Web dans un aperçu technique des configurations d'équipement de conversion (Source : Label and Narrow Web, Rewinds, Unwinds and Splicers). La pression de l'air est modulée par le contrôleur de tension en temps réel pour compenser la diminution du diamètre du rouleau.
Dans les systèmes de freinage à poudre magnétique, le courant électrique traversant un accouplement rempli de poudre génère le couple de freinage, avec un couple de sortie proportionnel au courant appliqué. Cela permet une modulation de couple très douce et électroniquement précise sans les effets d'hystérésis qui peuvent affecter les freins mécaniques.
Dans les configurations de dérouleur entraîné, un moteur régénératif contrôle activement la vitesse de l'arbre plutôt que d'appliquer simplement une résistance de freinage. Cela permet au dérouleur de gérer plus précisément les rouleaux de grand diamètre à forte inertie pendant l'accélération et la décélération, et de participer au contrôle de la tension en faisant varier la vitesse du moteur en réponse à la position du danseur ou aux signaux de retour de la cellule de charge.
Le rouleau danseur est le composant qui maintient le plus directement un contrôle continu de la tension entre le dérouleur et le processus en aval. Un rouleau danseur est un rouleau flottant qui repose sur la bande entre l'arbre de déroulement et le premier rouleau de pincement ou de guidage fixe en aval. Montalvo Corporation décrit le principe : toutes les commandes de tension des rouleaux danseurs ont des rouleaux ou des bras libres qui sont préchargés dans une direction, et lorsqu'une bande est tirée sur un rouleau danseur, elle se déplace en réponse à tout changement de sa position, le mouvement reflétant un changement de tension de la bande, et un capteur surveillant cette position pour contrôler le mouvement de l'entraînement (Source : Montalvo Corporation, Dancer Roll Tension Control Basics).
Le rouleau danseur agit simultanément comme un tampon mécanique et un capteur. Lorsque le processus en aval tire plus de bande que ce que le dérouleur peut en délivrer, le danseur descend et le système de contrôle répond en réduisant le couple de freinage ou en augmentant la vitesse du moteur pour rétablir l'alimentation. Lorsque l’offre dépasse la demande, le danseur monte et le système applique davantage de freinage ou réduit la vitesse. Yitong Environmental Technology rapporte que les systèmes de cellules de pesée, où les transducteurs de force mesurent la tension réelle de la bande sur un rouleau fixe, atteignent une précision de contrôle de tension de plus ou moins 1 à 3 pour cent du point de consigne dans des conditions de fonctionnement stables (Source : Yitong Environmental Technology, Qu'est-ce qu'un dérouleur rotatif).
Même un rouleau bien enroulé présentera une certaine dérive latérale de la bande à mesure que le rouleau se déroule en raison de la variation des bords, du télescopage du noyau ou de l'incohérence de la largeur du matériau sur toute la largeur du rouleau. Un système de guidage de bande corrige ce problème en détectant la position du bord de la bande ou de la ligne centrale et en repositionnant soit le support de déroulement, soit un rouleau de direction pour maintenir la bande centrée lorsqu'elle entre dans le processus en aval. Sans guidage de la bande, la dérive latérale de la bande entraînerait un mauvais alignement du repérage de l'impression, des coupes inégales et des problèmes de couverture de revêtement sur toute la largeur de la bande.
L'aspect le plus techniquement exigeant du fonctionnement du dérouleur rotatif consiste à maintenir une tension constante de la bande d'un rouleau plein à un noyau presque vide, car la géométrie du rouleau change continuellement et le couple de freinage correct change avec elle.
La tension de la bande en Newtons ou en livres de force est déterminée par la relation entre le couple de freinage appliqué à l'arbre de déroulement et le rayon de rouleau actuel. À mesure que le diamètre du rouleau diminue, la même tension de bande nécessite progressivement moins de couple de freinage, suivant la relation : la tension est égale au couple divisé par le rayon. Un système de contrôle qui maintient le couple de freinage constant à mesure que le diamètre du rouleau diminue va progressivement surcharger la bande, provoquant éventuellement des ruptures de bande. Un système qui réduit correctement le couple proportionnellement à la diminution du diamètre maintient une tension constante tout au long de la durée de vie du rouleau.
Le système de contrôle a besoin de connaître le diamètre actuel du rouleau pour calculer à tout moment la commande de couple correcte. Trois approches sont utilisées en pratique. Des capteurs de diamètre à ultrasons ou laser mesurent directement le diamètre du rouleau en temps réel et transmettent cette valeur au contrôleur de tension. Le calcul basé sur un codeur rotatif utilise la relation entre les révolutions de l'arbre et la vitesse de la bande, mesurée sur un rouleau tachymétrique en aval, pour calculer mathématiquement le diamètre du rouleau sans mesure directe. L'intégration de la position du danseur utilise l'historique de la position du rouleau danseur au fil du temps pour suivre le matériau consommé et déduire le diamètre actuel.
La référence technique de contrôle de tension de Mitsubishi Electric les identifie comme les principales catégories de méthodes de contrôle de tension, les classant comme détection manuelle du diamètre de bobine en boucle ouverte et retour de tension en boucle fermée, l'approche de retour en boucle fermée offrant la meilleure précision pour les applications de conversion à grande vitesse (Source : Mitsubishi Electric, Factory Automation Tension Control Complete Guide).
Un dérouleur rotatif ne contrôle pas la tension sur toute la chaîne de production. Il contrôle la tension dans la zone de déroulement, que Montalvo Corporation définit comme la zone entre l'entraînement de déroulement et le premier entraînement principal en aval (Source : Montalvo Corporation, Dancer Roll Tension Control Basics). Les zones de traitement en aval et les zones de rembobinage ont chacune leurs propres boucles de contrôle de tension. Le travail du dérouleur consiste à fournir une bande constamment tendue entrant dans ce premier pincement en aval, moment auquel le contrôle de la tension passe au système de contrôle de la zone suivante.
Dans les opérations de transformation à grand volume, l’arrêt de la chaîne de production chaque fois qu’un rouleau de matériau est épuisé constitue une source importante de gaspillage et de perte de productivité. Remettre une presse en ordre et en vitesse après un arrêt consomme du matériel et du temps, et les rebuts générés lors du redémarrage s'ajoutent directement au coût de production. Un système de raccordement automatisé sur le dérouleur rotatif élimine ces arrêts en joignant la queue du rouleau expiré au bord d'attaque d'un nouveau rouleau tandis que la ligne continue de fonctionner à vitesse de production.
Paper, Film and Foil Converter décrit les meilleures pratiques pour ce processus : suivre l'emplacement de l'épissure du déroulement à l'enroulement au fur et à mesure de sa progression dans les étapes de conversion, utiliser une fonction de détection de noyau pour minimiser la bande résiduelle sur le rouleau expiré, simplifier la préparation de l'épissure pour garantir une position d'épissure cohérente et utiliser la technologie du rouleau d'encollage avec un mécanisme de tir électromécanique pour minimiser le rebond de l'encolleur et favoriser un contact précis avec le rouleau de produit (Source : Paper Film and Foil Converter, Efficiency in Winding and Unwinding). Lorsqu'elle est exécutée correctement, une épissure automatique est essentiellement invisible pour le processus en aval car le rouleau danseur absorbe le bref transitoire de tension pendant l'événement d'épissure.
Les dérouleurs rotatifs apparaissent partout où un rouleau de matériau enroulé constitue l'entrée d'un processus de production continu.
Faire correspondre les spécifications d'un dérouleur rotatif aux exigences de l'application détermine s'il offre un fonctionnement cohérent et sans problème ou s'il devient une source de variabilité continue de la tension et de temps d'arrêt.
| Spécification | Ce qu'il détermine | Gamme typique |
| Diamètre maximum du rouleau | Le plus grand rouleau que le cadre peut accueillir | 300 mm à 2 500 mm ou plus |
| Poids maximum du rouleau | Limite de charge structurelle du cadre et des roulements | 50kg à plusieurs tonnes |
| Largeur maximale de la bande | Rouleau le plus large que l'arbre et le cadre accepteront | 50 mm à 3 500 mm ou plus |
| Plage de contrôle de tension | Tension minimale et maximale que le système peut maintenir de manière stable | En fonction de l'application |
| Vitesse de ligne maximale | Vitesse de bande la plus rapide que le contrôle de tension puisse suivre avec précision | Jusqu'à 600 m/min pour les lignes à grande vitesse |
| Méthode de contrôle de tension | Comment le retour de tension est mesuré et contrôlé | Danseur, cellule de pesée ou basé sur le diamètre |
L'Ytinte Dérouleur rotatif est conçu pour répondre à l'ensemble de ces exigences de spécification dans les applications de papier, de film, de film et de non-tissés, combinant un contrôle précis de la tension avec une construction de cadre robuste et un guidage de bande pour fournir une alimentation de bande cohérente et stable dans les processus de conversion et d'impression en aval.
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