BRPI0615790A2

BRPI0615790A2 - dispositivo de aquecimento de elementos de pré-moldagem

Info

Publication number: BRPI0615790A2
Application number: BRPI0615790-4A
Authority: BR
Inventors: Alberto Armellin; Carlo Corocher; Fabrizio Dughiero; Michele Forzan; Mateo Zoppas
Original assignee: Sipa Progettazione Automaz
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2011-05-24
Also published as: WO2007031509A1; CN101262992B; EP1934029A1; JP5161778B2; CA2622371A1; ATE495868T1; ITRM20050466A1; RU2429121C2; EP1934029B1; CA2622371C; EP1934029B9; US7838805B2; CN101262992A; RU2008114313A; US20080217326A1; ES2359940T3; JP2009507688A; DE602006019755D1

Abstract

DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO DE ELEMENTOS DE PRé-MOLDAGEM. A presente invenção se refere a um dispositivo de aquecimento de elementos de pré-moldagem, capaz de executar um aquecimento preciso e altamente localizado dos elementos de pré-moldagem, antes da fase de moldagem a sopro de um processo de produção de garrafas ou recipientes de plástico. O presente dispositivo apresenta uma configuração de construção inovadora, permitindo, dessa forma, uma alta eficiência graças à significativa redução de energia requerida para alcançar as temperaturas de projeto no dispositivo de aquecimento de maneira bastante rápida. O indutor não aquece diretamente o elemento de pré-moldagem, mas, toma a temperatura estabelecida, através da concentração do fluxo magnético gerada pela passagem de corrente, em um material condutor de particular formato que, por irradiação e convecção, aquece então o material de PET.

Description

"DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO DE ELEMENTOS DE PRÉ-MOLDAGEM"

Campo Técnico

A presente invenção se refere a um dispositivo deaquecimento de elementos de pré-moldagem, adequados, emparticular, para induzir aquecimento em elementos de pré-moldagem, para a produção de garrafas e recipientes pormeio de moldagem a sopro.

Estado da Técnica

São conhecidos diferentes dispositivos paraaquecimento de elementos de pré-moldagem usados na produçãode corpos ocos de material plástico por meio da técnica demoldagem a sopro.

Um exemplo desses dispositivos é descrito nodocumento de patente WO 92/15442. Esse dispositivoproporciona calor adicional por irradiação e convecção,através de um elemento de aquecimento dedicado, para umaregião de transição na parede do elemento de pré-moldagem,entre porções de parede submetidas a diferentes graus deexpansão durante o sopro, particularmente, entre uma regiãosubmetida a pouca ou mesmo nenhuma expansão e outra regiãoem que a expansão é bem maior.

No entanto, nos dispositivos conhecidos, esseelemento de aquecimento é, por sua vez, aquecido mediantecondução direta, provocando, assim, problemas desuperaquecimento com temperaturas significativas alcançadaspelos componentes de todo o dispositivo; a presença deresistências elétricas provoca desgaste dos mesmosnodecorrer do tempo e, conseqüentemente, demanda uma maiormanutenção.

O perfil térmico dos componentes determinado pelomodelo de tais dispositivos também proporciona uma altadissipação de energia, a fim de permitir o alcance datemperatura de projeto no dispositivo de aquecimento doelemento de pré-moldagem. Isso também leva a umafocalização imprecisa do fluxo de calor, também devido auma estrutura difícil de ser customizada, além de uma baixavelocidade de aquecimento do elemento de pré-moldagemdevido a uma significativa inércia térmica da estrutura eao máximo limite de temperatura que pode ser alcançado,através do uso de resistências tradicionais.

Portanto, se faz necessário um inovadordispositivo de aquecimento de elementos de pré-moldagem,que possibilite superar os inconvenientes acimamencionados.

Resumo da Invenção

Um principal propósito da presente invenção éaquela de produzir um dispositivo de aquecimento de umelemento de pré-moldagem que permita um aquecimento precisoe fortemente localizado dos elementos de pré-moldagem antesda fase de moldagem a sopro do processo de produção degarrafas ou recipientes de plástico.

Um outro propósito da invenção é proporcionar umdispositivo de aquecimento de um elemento de pré-moldagemque apresente uma inovadora configuração de construção,,dessa forma, permitindo um melhor desempenho com relação àsolução com sistemas de condicionamento de ar quente,graças à redução de potência necessária para alcançar astemperaturas de projeto no dispositivo de aquecimento.

Finalmente, um adicional propósito é prover umdispositivo de aquecimento por infravermelho, com umcomponente de irradiação simples e facilmente substituivel.

Portanto, a presente invenção propõe alcançar ospropósitos descritos acima, ao produzir um dispositivo deaquecimento de um elemento de pré-moldagem para a produçãode corpos ocos de plástico, que, de acordo com areivindicação 1, compreende pelo menos um dispositivo deindução (2) adequado para induzir, ao passar corrente nomesmo, um fluxo magnético sobre pelo menos um dispositivode transmissão de calor (4), a fim de transmitir porirradiação uma quantidade predefinida de calor para pelomenos um elemento de pré-moldagem (10), o qual é adequadopara ser inserido no dito dispositivo.

Vantajosamente, tal dispositivo é capaz degarantir dentro de predeterminadas tolerâncias um perfiltérmico atribuído ao longo da espessura e na direção docomprimento da peça a ser aquecida, normalmente em materialde PET. 0 indutor não aquece diretamente a peça pelo fatode que o elemento de pré-moldagem é também constituído deum material não-condutor, mas, por meio de um fluxomagnético, o dito elemento adquire a temperatura de um aneldo material condutor com uma oportuna seção, a qual, porirradiação, proporciona aquecimento à área do elemento depré-moldagem de PET.

Vantajosamente, pode ser provido um concentradorde fluxo, adequado para melhor concentrar o convenientefluxo magnético ao elemento de aquecimento. Isto melhormais ainda o perfil térmico dos componentes do dispositivoda invenção, a fim de evitar os inconvenientes desuperaquecimento e melhorar consideravelmente o desempenhoe eficiência de todo o sistema.

Em certas aplicações, ,de qualquer modo, épossível se evitar o uso do concentrador de fluxo, dessaforma, simplificando a estrutura do dispositivo.

As reivindicações dependentes descrevem asmodalidades preferidas da presente invenção..

Breve Descrição das Figuras

Outras características e vantagens da invenção setornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada deuma modalidade preferida, porém, não-exclusiva, de umdispositivo de aquecimento de um elemento de pré-moldagem,tal como, aquele ilustrado por meio de um exemplo não-limitativo, com o auxílio dos desenhos anexos, nos quais:

- a figura 1 mostra uma seção de uma primeira modalidade dodispositivo de aquecimento, de acordo com a presenteinvenção;

- a figura 2 mostra uma seção do dispositivo de aquecimentomostrado na figura 1, com uma variação relativa a umcomponente;

- a figura 3 mostra uma seção de uma segunda modalidade dodispositivo da invenção;

- a figura 4 mostra uma seção do dispositivo mostrado nafigura 3, com uma variação relativa a um componente;

- a figura 5 mostra uma vista axonométrica de uma seção dodispositivo da invenção;

- a figura 6 mostra uma vista axonométrica de diversosdispositivos, de acordo com a invenção, dispostoslinearmente;

- as figuras 7 e 7a mostram uma diferente modalidade dosindutores 2', com uma diferente disposição da conexão deenergia aos referidos indutores.

Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas

Com referência às figuras 1 a 4, são ilustradasdiferentes modalidades de um dispositivo de aquecimento deum elemento de pré-moldagem, compreendendo:

- um indutor (2);

- um opcional concentrador de fluxo de material magnéticodielétrico (3);

- um anel aquecedor (4);

- pelo menos um suporte (5) do dito anel.

Esse dispositivo compreende ainda uma base de25 suporte (1), geralmente de aço e pelo menos um suporteexterno de centralização (6) do dispositivo,preferivelmente, de alumínio. A dita base (1) e o dito pelomenos um suporte de centralização (6) são unidos por meiode um dispositivo de fixação (11), como, por exemplo,parafusos, cavilhas ou outros elementos similares.

0 indutor (2), preferivelmente, de cobre, cruza osuporte externo de centralização (6) e apresenta nointerior do dispositivo uma configuração, preferivelmente,mas não necessariamente, circular. A passagem da correnteelétrica no indutor produz um campo magnético no qual ofluxo é vantajosamente conduzido, também, por meio doconcentrador de fluxo (3), sobre o anel aquecedor (4), porexemplo, em ligas de alta· resistência elétrica, que sãoresistentes a altas temperaturas, como, por exemplo, ligasde Ni-Cr-Fe, de tal modo a permitir que esse anel alcanceuma predeterminada temperatura, preferivelmente, superior a800°C. Essa temperatura do anel (4) é adequada, paratransmitir calor por irradiação para um elemento de pré-moldagem (10), durante um tempo predeterminado, adequadopara um apropriado preaquecimento dos elementos de pré-moldagem usados na produção de garrafas e recipientes deplástico por moldagem a sopro. A tampa do dispositivo,certamente, possui um furo de apropriadas dimensões, para aintrodução do elemento de pré-moldagem (10) no seuinterior, na área circundada pelo anel aquecedor (4).

Vantajosamente, o indutor (2) pode ser resfriadopor meio de circulação de água ou outro fluido refrigeranteno interior do mesmo.

Na modalidade da figura 1, o anel (4) com umaseção poligonal é mantido na posição por meio de um sistemade fixação, de construção simples, que promove a fixação demodo firme, juntamente com o concentrador de fluxo (3) eindutor (2) e apresenta um suporte (5) do anel provido deabas metálicas (7), isoladas individualmente. Esta soluçãopossibilita um satisfatório isolamento térmico entre o anelaquecedor (4) e os restantes componentes do dispositivo,especialmente se o fenômeno de condução e convecção forconsiderado.

Na figura 2 uma modalidade ainda mais simples dosistema de fixação apresenta as extremidades (8) do suporte(5) presas em alojamentos' providos no anel (4).. Nos*dispositivos das figuras 1 è 2, o concentrador (3)apresenta um determinado formato que aloja o indutor (2) nointerior do dispositivo. Entre o bloco: indutor-concentradore o anel (4) existe um afastamento (9). .

Uma vantajosa modalidade ilustrada na figura 3-determina uma configuração mais· · robusta do dispositivo da·invenção e uma maior proteção, dos outros componentes deirradiação do anel aquecedor (4). 0 suporte (5) do anel,nessa modalidade, é realmente mais espesso, sendoconstituído de uma ou mais placas (5') com uma formacomplementar, constituídas de um material refratário, talcomo, óxidos, cerâmica, cimento refratário reforçado defibras, capaz de resistir à temperatura de operação do anelde aquecimento. A temperatura do anel é altamenteinfluenciada por sua condutibilidade térmica, a qual,preferivelmente, é inferior a 1 W/mK.

Nesse caso, o bloco indutor-concentrador e o anelsão unidos entre si pelas ditas placas refratárias, que, aomesmo tempo, evitam o contato direto dos mesmos.

Uma vantajosa alternativa, conforme ilustrado nafigura 4, na modalidade da figura 3, apresenta umafastamento (9') entre o anel (4) e as placas refratárias(5'). A presença desse afastamento (9') garante umaadicional proteção de superaquecimento para os componentesdo dispositivo e, portanto, uma menor dissipação depotência.

A fim de focar a irradiação, uma ajustável tela;(12) pode, de forma vantajosa, ser proporcionada, dispostaentre o corpo do elemento de pré-moldagem (10), inseridodentro do dispositivo, e os componentes' internos dodispositivo em si, de tal modo a adicionalmente melhorar afocalização do aquecimento de uma predeterminada área doelemento de pré-moldagem, por exemplo, o pescoço.

A fim de melhorar o desempenho do dispositivo deaquecimento da invenção, algumas modalidades . foramsubmetidas a testes, com componentes feitos de diferentesmateriais em cada teste.

Como resultado desses testes, um concentrador defluxo (3) feito de material dielétrico magnético foiescolhido para o dispositivo da invenção.

De fato, tal material torna possivel obter atemperatura previamente estabelecida no anel (4) usando umalimentador, que proporciona uma corrente inferior a 40%daquela que teria o concentrador (3) de outro material, porexemplo, de ferrita ligada a vidro. Apesar do feto de que aferrita ligada a vidro é um material de baixo custo, o seuuso nessa aplicação proporcionaria um maior consumo e umcusto mais alto do mesmo alimentador.

Os testes realizados em dois dispositivos com oconcentrador (3) feito de material dielétrico magnético eferrita ligada a vidro, respectivamente, com um gerador defreqüência igual a 10 kHz, tornou possível a obtenção dosresultados seguintes, que são relatados como um exemplo;relativo à total potência ativa e dissipada usada, àeficiência e à corrente distribuída, a fim de alcançar noanel (4) uma temperatura de 900°C em um estado não-transitório estacionário.

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No resultado apresentado acima, deve serobservado como o concentrador de fluxo de materialdielétrico magnético melhora de forma significativa aeficiência do dispositivo, permite o uso de um alimentadorde menor dimensão e de um sistema de resfriamento menospotente, na medida em que a potência total dissipada émenor.

Ao analisar o valor da voltagem nas extremidadesdo alimentador e no faseamento entre a voltagem e acorrente e, conseqüentemente, entre as potências reativasem questão, se verifica que com o concentrador ou núcleo(3) feito de material dielétrico magnético, é absorvida umapotência reativa menor do que com o material de ferritaligada a vidro.

Através de análise de freqüência, pode também serobservado que o concentrador (3) feito de materialdielétrico magnético permite uma maior eficiência, mesmo emuma freqüência variável.

A análise termográfica mostrou como astemperaturas alcançadas durante a operação não transitóriado dispositivo de diferentes componentes são perfeitamentetoleráveis pelos materiais usados.

Vantajosamente, para a produção de garrafas erecipientes partindo dos elementos de pré-moldagem em umainstalação dedicada, o uso de uma placa ou módulo demúltiplas cavidades é idealizado a montante da máquina demoldagem a sopro, capaz de alojar numa configuraçãomatricial ou numa fila, uma série de dispositivos deaquecimento de acordo com a presente invenção, adequadospara alojamento dos elementos de pré-moldagem a seremaquecidos.

Um exemplo de módulo de múltiplas cavidades comdisposição linear dos dispositivos de acordo com a invençãoé ilustrado na figura 6.

Para a energização em série, por exemplo, devinte dispositivos do mesmo tipo, é possível se usar umgerador com uma potência de apenas 20 kW, portanto, 1 kW deentrada de potência por cavidade.

O dispositivo da presente - invenção, paraaquecimento dos elementos de pré-moldagem usados naprodução de garrafas para bebidas tipo padrão, apresenta umconsumo de aproximadamente 0,8 kW/cavidade, com umaeconomia de aproximadamente 20% em relação ao consumo dedispositivos de aquecimento por jato de ar quenteconhecidos. A energia de aquecimento específica é aindamaior que aquela obtida com os dispositivos conhecidos ealcança pelo menos 15 W/cm2.

Outras vantagens do dispositivo da invenção comrelação aos dispositivos de jato de ar quente sãorepresentadas por:

- uma maior precisão de aquecimento na área do elemento depré-moldagem, que depende somente da geometria do

dispositivo e não dos fluxos de ar quente e, portanto,proporciona uma maior estabilidade do processo deaquecimento;

- um controle do processo executado, considerando somente oparâmetro da temperatura;

- a presença de uma fonte periférica de aquecimento setorna desnecessária, mesmo numa eventual rotação parcial doelemento de pré-moldagem.Do ponto de vista mecânico, o dispositivo dainvenção apresenta uma alta confiabilidade devido àpresença de poucos componentes mecânicos e também uma altaestabilidade, pelo fato de que com as configuraçõesdescritas nas diversas alternativas, nenhuma expansãotérmica dos componentes é observada. O dispositivo é tambémmenos complexo, pelo fato de que para um corretoaquecimento, não se faz absolutamente necessária nenhumarotação do elemento de pré-moldagem. Além disso, a ausênciade qualquer resistência elétrica reduz de formasignificativa a manutenção necessária para um corretofuncionamento do dispositivo.

Finalmente, com o presente dispositivo, épossível se aquecer elementos de pré-moldagem de diversosformatos, por exemplo, formatos ovais, com diferentesdistribuições de espessura e ainda baixas proporções decomprimento axial, como no caso de recipientes de longosgargalos.

As particulares modalidades aqui descritas nãorestringem o escopo do presente pedido de patente, quecobre todas as alternativas da invenção definidas nasreivindicações anexas.

Claims

1. Dispositivo de aquecimento de elementos depré-moldagem para a produção de objetos de plástico,compreendendo pelo menos um dispositivo de indução (2),adequado para induzir, ao passar uma corrente no mesmo, umfluxo magnético sobre pelo menos um dispositivo detransmissão de calor (4), a fim de transmitir porirradiação uma predeterminada quantidade de calor para pelomenos um elemento de pré-moldagem (10) inserido nodispositivo de aquecimento,: caracterizado pelo fato de:- se prover de meios de concentração (3) do dito fluxo,magnético tendo um- formato de anel, envolvendo parcialmenteo dito pelo menos um dispositivo, de indução (2), dispostoem volta do dito pelo menos um dispositivo de transmissão(4)este sendo constituído por um anel (4) de seçãopoligonal,* -disposto entre o dispositivo de indução (2) e opelo menos um elemento de pré-moldagem (10).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que são providos meios desuporte (5) para o dito anel (4).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os ditos meios de suporte(5) compreendem abas metálicas (7).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os ditos meios de suporte(5) compreendem extremidades (8) dispostas emcorrespondentes alojamentos providos no anel (4).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os ditos meios de suporte(5) compreendem pelo menos uma placa (5'), feita dematerial refratário de baixa condutibilidade térmica.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que duas ou mais placas (5') sãoprovidas com um formato complementar entre as mesmas.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que é provido um afastamento (9)entre o dito pelo menos um dispositivo de transmissão (4) eos ditos meios de concentração (3).

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que é provido um afastamento (9)entre o dito pelo menos um dispositivo de transmissão (4) ea dita pelo menos uma placa (5').

9. Dispositivo, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de quesão providos uma base (1) e um dispositivo de centralizaçãode suportes (6), reciprocamente unidos através de meios defixação (11).

10. Dispositivo, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que éprovida uma tela ajustável (13), disposta entre o corpo dodito pelo menos um elemento de pré-moldagem (10) e oscomponentes internos do dispositivo, de tal modo amelhorar mais ainda a focalização do aquecimento doelemento de pré-moldagem.