Cosa è una bobina (per filo, cavo, fune ecc.)

Iniziamo col dirimere una questione terminologica. In inglese ci sono reels, spools, drums, bobbins. In italiano solitamente si utilizza il termine bobina; al massimo si parla di rocchetto, ma quando si ha a che fare con un supporto molto piccolo. Quando invece sentiamo parlare di tamburo, con ciò si intende la parte centrale, cilindrica, della bobina; non è un semplice equivalente dell’inglese drum. Anche bobina è un termine plurisemantico; il senso in cui lo useremo nei prossimi paragrafi è quello di oggetto, generalmente a base cilindrica, che ha il compito di avvolgere e trasportare merci lunghe e flessibili, quali fili, cavi, monofilamenti, fibre, filati, corde, funi, tubi flessibili, bande, nastri e pellicole. A volte si parla di bobina anche per significare ciò che essa trasporta: per esempio, si possono ordinare una o più bobine di filo per saldatura; non è questo il caso: oggi ci dedicheremo a tutto ciò che sta sotto il prodotto metallico o non metallico finito o semilavorato; indispensabile anch’esso per stoccare, movimentare, spedire e produrre.

Campi di applicazione

Le bobine sono necessarie nella produzione, per la spedizione e lo stoccaggio, nonché per la lavorazione a valle e l’utilizzo finale dei suddetti prodotti. Esistono quindi bobine di processo, che vengono utilizzate nelle linee di produzione, e bobine per la spedizione che possono essere monouso o riutilizzabili, cioè a rendere o a perdere. La dimensione delle bobine è espressa dal diametro della flangia, che può variare da alcuni centimetri nel caso delle bobine per trecciatura a diversi metri nel caso delle bobine per cavi utilizzati per l'installazione di linee di trasmissione elettrica sotterranee o aeree. Considerando la grande varietà di applicazioni, non sorprende che siano disponibili centinaia di tipologie e dimensioni diverse di bobine. Alcune bobine sono integrate nei sistemi di produzione e svolgono le funzioni di bobine di processo e di spedizione. Un esempio è il Niehoff Package System NPS, un sistema di movimentazione per fili destinati all’automotive sviluppato dall'omonima fabbrica tedesca di macchinari.

L'NPS - un sistema di bobinatura

Questo sistema consiste in bobinatori speciali ed in corrispondenti bobine multidirezionali pieghevoli in plastica ABS o PP. I bobinatori sono progettati per operare in linea con le linee di estrusione e avvolgono il filo isolato sulle bobine avvalendosi di una particolare tecnologia di posa conica. Le bobine offrono un impacchettamento sicuro, stabile e senza grovigli sia quando sono piene che parzialmente vuote e permettono le più alte velocità di svolgimento del cavo nei processi a valle. Le bobine NPS vuote possono essere completamente smontate e incastrate l'una nell'altra. In questo stato, richiedono un volume di a rendere relativamente piccolo, e una volta restituite al produttore di cavi, possono essere riassemblate ed in seguito riutilizzate per decine di cicli. Le nuove bobine NPS possono essere dotate di un sistema di transponder RFID che consente agli utenti di identificare se una bobina appartiene al sistema ed è compatibile con esso. Poiché l'identificazione della bobina è memorizzata nel chip RFID, non è necessaria alcuna etichetta.

Bobine fisse

Questo gruppo di bobine è caratterizzato dal fatto che esse sono assemblate in modo permanente, in contrapposizione alle bobine scomponibili. Questa tipologia è impiegata nei sistemi di sollevamento e traino come gru, ascensori e funivie, per esempio, per l'avvolgimento e lo svolgimento di funi d'acciaio e cavi elettrici.

Design della bobina

Tutte le bobine sono composte da un'anima cilindrica (il tamburo) e da flange alle estremità per trattenere il materiale avvolto intorno all'anima. Il tamburo in molti casi è cavo in modo che le bobine possano essere messe su un asse per essere ruotate meccanicamente. Le flange possono presentare inoltre fori o dispositivi per inserire le estremità del materiale avvolto. Oltre al diametro della flangia, criteri importanti per la descrizione di una bobina sono il diametro del tamburo, il diametro del foro assiale, la larghezza totale della bobina e la distanza tra le flange.

Bobine: scelta dei materiali

Le bobine sono realizzate in plastica, acciaio, legno, compensato o cartone. Le bobine di plastica sono caratterizzate da leggerezza e durevolezza e sono utilizzate per cavi più leggeri, fili per automotive e per una grande varietà di altri scopi. Queste bobine possono essere prodotte come elementi per macchine di precisione, bobine di trasporto riutilizzabili o bobine monouso. I materiali tipici utilizzati sono PS, ABS, PE, PP e PA, compresi i riciclati. I componenti sono fabbricati per stampaggio a iniezione. Le bobine d'acciaio possono essere dotate di flange stampate e sono saldate come bobine fisse o progettate come bobine scomponibili. Le bobine d'acciaio sono più durevoli delle bobine di legno e, a seconda delle dimensioni, possono essere caricate con una diversa gamma di prodotti, dai fili più leggeri ai cavi più pesanti. Ci sono produttori di bobine in acciaio che offrono bobine con un diametro di flangia fino a 10.000 mm e per carichi fino a 500 t. Le bobine in acciaio possono essere zincate e in questo modo protette dalla corrosione. Le bobine di legno si contraddistinguono per leggerezza e durevolezza; possono trasportare anche carichi molto pesanti. Il legno, tuttavia, tende ad assorbire l'umidità e deve essere impregnato prima dell'uso. Questo le rende spesso inadatte al riciclo. Le bobine di compensato, utilizzate per il trasporto di carichi più leggeri, sono un'alternativa più economica agli altri tipi di bobine e trovano impiego soprattutto nell'edilizia. Esse sono spesso monouso e vengono poi distrutte. Le bobine di cartone sono molto usate nelle applicazioni superleggere.

Requisiti delle bobine e criteri di selezione

Le bobine sono prodotte secondo gli standard industriali - e ne esistono di diversi nei vari Paesi - o secondo le specifiche del cliente. Le caratteristiche desiderabili sono un'alta stabilità e resistenza agli urti, una concentricità ottimale e flange dritte e lisce. Le flange coniche facilitano le alte velocità di scarico ed il facile scorrimento del materiale avvolto. L'accumulo di pressione sulle superfici interne delle flange viene assorbito meglio con questo design che con una flangia ad angolo retto rispetto al cilindro. Le bobine di processo sono progettate per applicazioni industriali permanenti e devono essere costruite in modo molto robusto per sopportare carichi pesanti con forze centrifughe e di trazione elevate. Queste bobine devono avere un'alta precisione dimensionale con una buona concentricità ed essere dinamicamente bilanciate per permettere l'avvolgimento ad alte velocità. Le bobine di spedizione sono progettate come bobine monouso o riutilizzabili. Tenendo conto dei costi di spedizione, le bobine riutilizzabili possono essere progettate per essere smontate e riassemblate. La scelta di una bobina o dell’altra dipende dalle condizioni di applicazione e da criteri come il diametro, il raggio di curvatura e il carico del materiale da avvolgere, nonché il volume di capacità ed il fattore riempimento.

Bibliografia

Neal Rothwell: Technical information on the principles of spooling. Double R Controls Ltd., Heywood, July 2001.
www.drc.co.uk/DRC/TECH-DOCS/Docs/Spooling.pdf

Le informazioni sono state redatte dall'Ing. Konrad Dengler, giornalista tecnico e traduttore specializzato in argomenti industriali.