Controllo della Tensione nel Rotocalco: Zone, Retroazione e Registrazione

Il controllo della tensione nel rotocalco è particolarmente rilevante sulle macchine a bobina. Il rotocalco foglio non presenta problemi di tensione da risolvere, perché ogni foglio è trattenuto dai morsetti e registrato dai frontali e dai laterali mentre la macchina è momentaneamente ferma sotto la pressione. Il rotocalco rotativo funziona diversamente. Il supporto avanza a velocità costante mentre i rulli di pressione in gomma applicano la pressione a velocità sincronizzata, e i due movimenti si combinano in quella che è di fatto una condizione statica tra la lastra e la bobina. La registrazione multicolore si basa quindi su un requisito fondamentale: una bobina che avanza in modo costante con tensione stabile dallo svolgimento al riavvolgimento.

Zone di Tensione e Cosa Deve Fare Ciascuna

Le macchine rotocalco dividono tipicamente il controllo della tensione in quattro zone: svolgimento, trazione in ingresso, trazione in uscita e riavvolgimento. Rulli in gomma motorizzati separano le zone. La zona di stampa va dal rullo di trazione in ingresso al rullo di trazione in uscita, e la richiesta in questa sede è una tensione costante, poiché solo un valore costante può mantenere la registrazione. La tensione di svolgimento esiste per servire la zona di stampa. Lo svolgimento deve rilasciare la bobina e fornire una tensione stabile indipendentemente dal diametro della bobina, perché qualsiasi variazione allo svolgimento si propaga nella zona di stampa e si manifesta come errore di registro. Il riavvolgimento opera con un requisito meno stringente, poiché a quel punto tutte le stazioni colore hanno già stampato. A seconda dell'obiettivo di qualità, un riavvolgimento può funzionare a tensione costante o a tensione variabile, e il noto schema di tensione a conicità appartiene al secondo gruppo. La tensione variabile di riavvolgimento può disturbare l'ultima stazione colore, quindi le macchine inseriscono un rullo in gomma motorizzato per isolare le due aree. La zona di stampa rimane così a tensione costante mentre il riavvolgimento segue la conicità. Segmentare il controllo coordinando l'insieme è l'idea centrale nella progettazione della tensione del nastro su qualsiasi macchina rotativa, rotocalco incluso.

Rilevamento della Tensione e Retroazione

Ogni zona di solito dispone di una propria strumentazione di rilevamento. I rulli con celle di carico, costruiti con estensimetri o elementi capacitivi, misurano direttamente la tensione. I rulli flottanti abbinati a potenziometri misurano invece la posizione, rilevando dove si trova il nastro all'interno del percorso dei rulli. I due approcci svolgono ruoli diversi. I rulli con celle di carico rispondono rapidamente, ma faticano a correggere l'instabilità che ha origine nella bobina stessa, come un avvolgimento non circolare. I controllori di posizione non misurano mai la tensione, eppure mantengono il nastro in un punto stabile all'interno del percorso dei rulli flottanti e mantengono così la tensione costante. Questa capacità di smorzare le fluttuazioni causate da bobine in ingresso scadenti è qualcosa che un rullo con cella di carico non può eguagliare.

Attuatori di Tensione

Gli attuatori comuni includono frizioni o freni elettromagnetici e a particelle magnetiche, frizioni e freni pneumatici e servomotori. Le linee più vecchie con trasmissione a ingranaggi utilizzano anche piccoli motori attuatori su un riduttore a 360 gradi. La teoria del controllo li colloca in classi diverse. Una frizione o un freno si comporta come un elemento lineare del primo ordine, ma il segmento lineare occupa solo una parte della sua curva di risposta; le estremità superiore e inferiore rimangono quasi lineari, quindi questo tipo di attuatore presenta sempre qualche limitazione. Un servomotore è un elemento del secondo ordine e, secondo la teoria del controllo attuale, può essere tarato sia per la stabilità che per l'inseguimento. Ecco perché i sistemi di tensione avanzati azionano direttamente il nastro con servomotori.

Compensazione della Perdita di Velocità sul Nastro

Tre fattori riducono la velocità di sincronizzazione meccanica: la pressione di stampa applicata su tutta la larghezza del nastro, l'attrito dove il supporto entra in contatto con i rulli di guida e la resistenza dei cuscinetti dei rulli rigidi. La pressione di stampa esercitata dal rullo in gomma su ogni stazione colore è il fattore dominante e, tra tutti i metodi di stampa, il rotocalco applica la pressione più elevata durante il trasferimento. La durezza del rullo e la pressione vengono abbinate al supporto. Il film utilizza tipicamente un rullo con durezza da 65 a 70 Shore a una pressione unitaria di 900 kg/m. La carta utilizza 70-80 Shore a 1800 kg/m. Il cartoncino utilizza 80-90 Shore a 4500 kg/m. Un rullo più morbido sotto pressione maggiore causa una perdita di velocità più elevata.

La soluzione tradizionale aumenta il diametro del cilindro di stampa su ogni stazione. Poiché la velocità lineare è pari a 2πrn, una macchina può correggere la velocità del cilindro di stampa sia modificando la velocità di rotazione n, come fanno le rotative rotocalco a servoazionamento, sia modificando il diametro del cilindro, metodo utilizzato per oltre vent'anni. Gli incrementi di diametro da 0,02 a 0,03 mm, e occasionalmente 0,04 mm, derivano dall'esperienza accumulata più che da un calcolo preciso. I supporti differiscono, le larghezze di pressione differiscono, e quindi la perdita di velocità differisce, il che significa che anche il valore di compensazione ideale dovrebbe differire. Un incremento fisso è al massimo un'approssimazione.

Quando i costruttori nazionali di macchine da stampa svilupparono le rotocalco a servoazionamento, si aspettavano di abbandonare l'incremento di diametro, ragionando sul fatto che l'impostazione della velocità servo potesse assorbire lo scostamento in anticipo. La pratica in macchina dimostrò il contrario. Anche con la rampa di velocità servo per stazione, mantenere l'incremento di diametro produceva una registrazione migliore rispetto alla sua rimozione. I sistemi servo ancora oggi compensano la perdita di sincronizzazione in gran parte attraverso l'esperienza, non tramite un vero modello calcolato.

La Registrazione si Bada su una Tensione Stabile

Il controllo della registrazione su una rotativa rotocalco funziona solo quando il controllo della tensione è già stabile. Una volta che i quattro problemi precedenti sono in gran parte risolti, diventa possibile una registrazione precisa. Anche la registrazione è ampiamente fraintesa. Sulle macchine a servoazionamento, si indica la risoluzione dell'encoder in milioni di impulsi al secondo e si presume che la registrazione sia garantita. In pratica il computer non insegue il registro stesso. Insegue la tendenza del movimento del registro, proprio come un tiratore anticipa un bersaglio in movimento invece di mirare a dove si trova attualmente l'uccello. La tendenza è la precondizione per la registrazione. Perdere il controllo di come il registro si muove attraverso il nastro significa che nemmeno un encoder da quattro milioni di impulsi manterrà l'errore entro la tolleranza.

Deformazione del Nastro

Gli azionamenti servo possono compensare la perdita di velocità durante la lavorazione, ma la deformazione del supporto stesso non ha ancora una correzione affidabile. Film dello stesso spessore e larghezza si comportano diversamente a seconda del tipo di polimero. Lo stesso film a 20 µm e 40 µm si deforma diversamente in condizioni di asciugatura identiche. Carta con umidità al 5 percento e carta con umidità all'8 percento, stesso tipo e spessore, presenteranno anch'esse valori di deformazione diversi. Gestire queste differenze significa costruire un modello matematico e caricarlo nel controllore di registrazione. Senza questo passaggio, una rotativa rotocalco può proteggere la registrazione solo utilizzando supporti più spessi e dimensionalmente più stabili, come il film PET. In officina, gli operatori spesso incolpano la lastra o il supporto quando il colore deriva o l'errore di registrazione aumenta, per poi non trovare nulla di concreto da indicare. Questa lacuna nella compensazione della deformazione è di solito la vera causa.