IT201800002860A1

IT201800002860A1 - Mescolatore-estrusore bivite, comprendente mezzi di controllo di una camera di rimescolamento

Info

Publication number: IT201800002860A1
Application number: IT102018000002860A
Authority: IT
Inventors: Ubaldo Colombo
Original assignee: Colmec S P A
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2019-08-20
Also published as: US20210113975A1; EP3755513B1; EP3755513A1; BR112020014411A2; JP2021513930A; KR20200120902A; CN111683800A; ES2958088T3; WO2019162803A1; JP7330520B2; EP3755513C0; CN111683800B; US11925911B2; PL3755513T3

Description

MESCOLATORE-ESTRUSORE BIVITE, COMPRENDENTE MEZZI DI CONTROLLO DI UNA CAMERA DI RIMESCOLAMENTO

DESCRIZIONE

CAMPO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda gli estrusori di gomma, silicone, materie plastiche e termoplastiche e di altra natura, più in particolare, un estrusore dotato di mezzi di regolazione temporanea della camera di rimescolamento.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

E' ben noto che in alcuni tipi di estrusori a vite di materie sintetiche, in particolare materie aventi un buon grado di elasticità come la gomma, gli elastomeri, materiali plastici e/o termoplastici od il silicone, l'alimentazione alla vite di estrusione viene effettuata attraverso una tramoggia di caricamento aperta verso il lato superiore.

Una macchina di estrusione che si è dimostrata particolarmente efficace nel mercato è quella descritta in WO 2005/039847 a nome della stessa Richiedente, qui ricompreso come riferimento, ove è stata prevista una funzione di rimescolamento in un estrusore di tipo "dump extruder" bivite.

Più precisamente, facendo riferimento alla fig. 1 che illustra una tale macchina di tecnica nota, parzialmente in sezione, una camera di impasto 1 alloggia una coppia di viti coniche di estrusione 2 che sospingono il materiale verso una trafila di estrusione 3 chiusa da una flangia cieca o coperchio di chiusura 4. La camera di impasto è provvista di un'imboccatura la che si apre verso una tramoggia di alimentazione (non illustrata). Il coperchio di chiusura 4 occlude la trafila di estrusione e obbliga il materiale a ricircolare nella camera di impasto 1, determinando un rimescolamento ad opera delle due viti coniche. In certe applicazioni è anche possibile avere un momentaneo "reverse" della rotazione delle due viti, per migliorare l'effetto del rimescolamento.

Il coperchio 4 è apribile o facilmente asportabile, così da mantenere occlusa la trafila di estrusione 3 nella fase di ri-mescolamento, finché desiderato, e poi viene aperto per consentire la fuoriuscita dell'estruso al termine del mescolamento.

Quando la trafila di estrusione 3 del dump extruder è chiusa dal coperchio 4, il materiale che viene introdotto dalla tramoggia è costretto a ricircolare su se stesso all'interno della camera 1, così impastandosi omogeneamente.

In particolare, nel funzionamento, con la flangia cieca 4 disposta in posizione chiusa, il carico da impastare - per esempio un compound già premiscelato in altra macchina oppure ingredienti sfusi quali gomme, cariche, acceleranti, etc. - viene caricato nella tramoggia di alimentazione e immesso nella camera di impasto 1 mentre il motore mantiene in rotazione contrapposta le viti coniche che spingono il materiale da impastare verso la trafila. Il coperchio di chiusura 4, tuttavia, non permette il deflusso verso l'esterno dell'impasto dalla camera 1 e costringe l'impasto a ricircolare indietro verso la camera. Si determina così un gradiente di pressione crescente tra una zona di alimentazione del materiale, a bassa pressione, ed una zona "intubata" nei pressi della flangia cieca 4, ad alta pressione. Il ricircolo tra zone a pressione variabile dei vari componenti di base, permette un impasto rapido ed efficace della mescola.

Benché questo estrusore sia perfettamente funzionante, la titolare ha rilevato che esiste un margine di miglioramento. In effetti, si è notato che il materiale da impastare si dispone liberamente all'interno della camera di miscelazione 1 in base alle pressioni locali e ciò determina possibili ristagni o ritardi di miscelazione e talvolta un eccessivo aumento della temperatura del materiale.

PROBLEMA E SOLUZIONE

Problema alla base dell'invenzione è pertanto di proporre una macchina di estrusione e rimescolamento di materiale a base di gomma o silicone, come sopra descritta, che superi gli inconvenienti citati e che permetta un maggiore controllo sulla miscelazione e sulla temperatura del materiale nonché sui tempi di rimescolamento.

Questo scopo viene raggiunto attraverso le caratteristiche definite in termini essenziali nella rivendicazione 1 allegata. Le rivendicazioni subordinate descrivono caratteristiche preferenziali della stessa invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risultano comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, date a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrate nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1, come già accennato, è una vista in alzato laterale, parzialmente in sezione, di un sistema estrusore ri-mescolatore di tecnica nota;

fig. 2A è una vista schematica, ingrandita, di un dettaglio della sola camera di rimescolamento di fig. 1, ma relativa ad un sistema estrusore secondo una prima forma di esecuzione dell'invenzione;

fig. 2B è una vista simile a quella di fig. 2A, ma relativa ad una variante della prima forma di esecuzione;

fig. 3 è una vista simile a quella di fig. 2A, ma relativa ad una seconda forma di esecuzione dell'invenzione; e

fig. 4 è una vista simile a quella di fig. 2A, ma relativa ad una terza forma di esecuzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE PREFERITE FORME DI ESECUZIONE

Una macchina di estrusione ri-mescolamento è costituita dagli elementi fondamentali rappresentati in fig. 1 e già descritti nella parte introduttiva con riferimento al documento WO 2005/039847 qui incorporato come riferimento.

Facendo ora riferimento alle figg. 2A e 2B, si noti che secondo una prima forma di esecuzione dell'invenzione, l'imboccatura la della camera di rimescolamento 1 è provvista di un corpo pesante 5, nel seguito denominato pressore, che è montato in modo sollevabile ed abbassabile.

In particolare, secondo una prima variante, il pressore 5 è montato scorrevole linearmente tra una posizione sollevata ed una posizione a contatto del materiale interno alla camera 1 (come in fig. 2A); in questo caso il pressore 5 è realizzato essenzialmente in modo simile ad un pistone, che chiude l'imboccatura la ed è mobile in essa sostanzialmente secondo l'asse della tramoggia, ovvero perpendicolarmente all'asse di estrusione, in modo da costituire un elemento di chiusura variabile della camera 1.

Conformemente ad una seconda variante, un pressore 5' è montato oscillante intorno ad una cerniera 5a, tra una posizione ruotata verso l'alto ed una posizione ruotata verso il basso (come in fig. 2B) in cui è a contatto del materiale interno alla camera.

Il pressore 5 è montato con un certo gioco rispetto all'imboccatura la, quindi non è necessario che chiuda a tenuta l'ingresso alla camera 1, ed è destinato a poggiare sul materiale che viene rimescolato all'interno della camera, per esprimere localmente - nella zona a bassa pressione della camera 1 - una pressione sul materiale stesso.

L'azione di pressione localizzata del pressore 5 esercita un'azione vantaggiosa sul materiale mentre viene ri-mescolato dalla coppia di viti coniche. In particolare, il materiale di ritorno dalla zona di alta pressione verso la zona a bassa pressione, per effetto del pressatore viene mantenuto all'interno del filetto delle viti coniche, ciò che migliora l'effetto miscelante.

La pressione in questa zona a bassa pressione della camera 1 permette di controllare meglio l'entità di riflusso del materiale, così da favorire ed accelerare l'effetto di omogeneizzazione del materiale.

A tal fine, il pressore può essere realizzato semplicemente in forma di un corpo pesante montato mobile - come visto sopra - così da applicare sempre la medesima pressione (dovuta al peso proprio sotto l'effetto della forza di gravità) sul materiale, oppure in forma di un pistone mobile sotto l'azione di un attuatore controllato (non rappresentato), quale un martinetto idraulico, elettrico o pneumatico.

Nel secondo caso, l'attuatore può essere controllato in modo da esercitare una forza costante - e quindi produrre un effetto simile a quello di un peso - oppure in modo da mantenere il pistone in posizione fissa, quindi di fatto impostando un volume desiderato all'interno del quale la pressione può variare ciclicamente. Inoltre la posizione e la forza di pressione del pressore possono variare ed essere impostate durante il ciclo di rimescolamento e di estrusione.

Il pressore 5 non ha necessariamente una forma in sezione circolare, ma può assumere una qualsiasi altra forma, per esempio una sezione quadrata, rettangolare, triangolare od a settore di cerchio. L'unica esigenza, ovviamente, è che esso abbia una forma che si adatti alla sagoma della imboccatura la.

Nelle due varianti della prima forma di esecuzione delle figg. 2A e 2B, il pressore 5 è applicato nella zona cosiddetta di bassa pressione della camera 1, cioè la zona immediatamente sottostante la tramoggia di carico.

In una seconda forma di esecuzione di fig. 3, un pressore 6 opera invece nella zona di alta pressione della camera 1 di estrusione, ossia nella zona dove le due viti coniche sono intubate partendo dall'estremità della trafila 3 fino alla camera di bassa pressione. Nella camera ad alta pressione, la pressione è normalmente compresa tra 5 e 200 bar. In questo caso l'imboccatura la della tramoggia potrebbe essere aperta o chiusa da un semplice coperchio che definisce un volume costante e il controllo di pressione sul materiale ri-mescolato viene esercitato unicamente col pressore 6.

Dato che la dimensione della zona di alta pressione è anche decisamente inferiore a quella della zona di bassa pressione, è senz'altro preferibile che il pressore 6 sia comandato da un attuatore che, pur agendo su di un pressore di minori dimensioni, è in grado di esercitare una sufficiente pressione complessiva sul materiale.

Secondo una terza forma di esecuzione, sono previsti entrambi i pressori 5 nella zona di bassa pressione e 6 nella zona ad alta pressione. L'azione di controllo è preferibilmente effettuata su entrambi i pressori, così da avere la massima flessibilità di intervento.

Come comprensibile, mediante l'impiego di pressori mobili 5 e/o 6 nella parte superiore delle zone di bassa pressione e/o di alta pressione, è possibile disporre di un ulteriore elemento di controllo, che permette di regolare in modo ottimale il grado di miscelazione e la velocita/rendimento di processo.

Si è constatato inoltre che è conveniente controllare l'intervento dei pressori anche durante la fase di estrusione, ossia quando il coperchio di chiusura 4 viene aperto ed il materiale viene estruso attraverso la trafila 3. In questa fase si riesce infatti a regolare meglio la pressione di deflusso del materiale ed un migliore svuotamento della camera di rimescolamento, evitando eventuali inclusioni di aria nel materiale.

S'intende comunque che l'invenzione non deve considerarsi limitata alle particolari disposizioni illustrate sopra, che costituiscono soltanto alcune forme di esecuzione esemplificative di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di estrusione e ri-mescolamento di materiali plastici, per esempio a base di gomma e silicone, comprendente un dump extruder a due viti coniche convergenti disposte in una camera di estrusione e rimescolamento (1), detta camera avendo un'area di alimentazione a bassa pressione ed un'area ad alta pressione in prossimità di una trafila di estrusione (3), l'area di bassa pressione corrispondendo ad una zona a monte rispetto ad una direzione di estrusione, un coperchio di chiusura amovibile (4) essendo disposto per occludere temporaneamente detta trafila di estrusione (3), caratterizzata da ciò che in detta area di bassa pressione e/o in detta area di alta pressione è previsto un corpo pressore (5, 5', 6), atto ad applicare una pressione a detto materiale nella camera di estrusione e rimescolamento (1)· 2. Apparecchiatura come in 1, caratterizzata da ciò che detto pressore (5) è applicato in una zona di caricamento di detta camera (1). 3. Apparecchiatura come in 1, caratterizzata da ciò che detto pressore (16) è applicato in corrispondenza della zona di alta pressione prossima a detta trafila di estrusione (3). 4. Apparecchiatura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto pressore è montato mobile in modo scorrevole (5) o in modo oscillante (5'). 5. Apparecchiatura come in 4, in cui detto pressore (5, 5') è in forma di un corpo mobile tra una posizione sollevata ed una posizione abbassata sotto il proprio peso. 6. Apparecchiatura come in 4, in cui detto pressore (6) è mobile tra una posizione sollevata ed una posizione abbassata sotto l'azione di un attuatore controllato. 7. Apparecchiatura come in 6, in cui detto attuatore esercita una forza costante su detto pressore (6). 8. Apparecchiatura come in 6, in cui detto attuatore determina una posizione costante di detto pressore (6). 9. Apparecchiatura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto pressore (5, 5', 6) esercita una pressione sul materiale almeno durante una fase di ri-mescolamento in cui detto coperchio di chiusura amovibile (4) impedisce la fuoriuscita di materiale da detta trafila di estrusione (3). 10. Apparecchiatura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui posizione ed azione di pressione esercitata da detto pressore (5, 5', 6) sono variabili durante fasi di rimescolamento ed estrusione.