IT201900002167A1

IT201900002167A1 - Dosatore di precisione per polveri a granulometria fine

Info

Publication number: IT201900002167A1
Application number: IT102019000002167A
Authority: IT
Inventors: Pietro Mai
Original assignee: Lcm S R L
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-14
Also published as: WO2020165827A1; US20220107216A1; EP3908810A1; US11879761B2; EP3908810B1

Description

DOSATORE DI PRECISIONE PER POLVERI A GRANULOMETRIA FINE

La presente invenzione riguarda un dosatore in grado di dosare polveri a granulometria fine con elevata precisione ed in un tempo ridotto, ed in particolare un simile dosatore utilizzato per dosare la polvere da sparo in una macchina per il caricamento automatico di munizioni. Nel seguito si farà specifico riferimento a questa particolare applicazione del presente dosatore, ma quanto detto vale anche per l’uso del dosatore in altre applicazioni in cui si presenta lo stesso problema tecnico di ottenere una elevata precisione di dosatura, dell’ordine di 1 parte su 4000, su una quantità di polvere superiore a 1 g, ad esempio in ambito farmaceutico o alimentare.

È noto che la dosatura di polveri è eseguita sostanzialmente in due modalità, ovvero la modalità volumetrica o la modalità a pesatura, eseguite rispettivamente con un dosatore volumetrico e con una bilancia di precisione, tipicamente con una cella di carico. Nel primo caso la dosatura è alquanto veloce poiché è sufficiente riempire il cassetto del dosatore volumetrico, ma la precisione ottenibile è limitata poiché il riempimento del cassetto è influenzato dalle caratteristiche della polvere (granulometria, scorrimento, tendenza all’adesione, etc.) che a loro volta possono anche risentire delle condizioni ambientali (ad es. temperatura e umidità) in cui viene eseguita la dosatura.

Nel secondo caso la dosatura può essere molto più precisa se la polvere viene alimentata lentamente in piccole quantità, in modo che la bilancia possa continuamente fornire il dato del peso raggiunto alla unità di controllo che regola il funzionamento dell’alimentatore in base a questo feedback, fino al raggiungimento dell’esatto peso richiesto con una tolleranza anche di 1 mg.

Tuttavia, entrambe le modalità risultano inadeguate quando è necessario ottenere una simile tolleranza minima ma su una quantità relativamente elevata (alcuni grammi) come accade nel caso di munizioni ad uso specifico sperimentale e non commerciale. Infatti la modalità volumetrica permette di ottenere una tolleranza minima dell’ordine di 20 mg, mentre la modalità a pesatura con un alimentatore preciso a bassa portata richiede troppo tempo per dosare la quantità richiesta, ed anche la combinazione di un tale alimentatore con un secondo alimentatore a portata elevata che è più veloce nella erogazione della polvere non risulta soddisfacente, oltre al problema dell’aumento di costo e complessità di un dosatore con doppio alimentatore.

Tale secondo alimentatore a portata elevata non è abbastanza preciso, tenendo conto anche del tempo richiesto per il controllo in retroazione, per avere la tolleranza richiesta neppure per erogare solo il 90% della dose e lasciare finire l’ultimo 10% all’alimentatore a bassa portata, per cui può essere utilizzato per erogare solo circa il 70-80% della dose e di conseguenza ci vuole ancora troppo tempo per finire la dosatura con l’altro alimentatore. Per raggiungere gli stessi standard di precisione, l’unica alternativa è una produzione di tipo manuale con l’ausilio di una bilancia di precisione, ma la capacità produttiva è al massimo di 200 pezzi/ora con il vincolo di un operatore dedicato

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un dosatore che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti. Detto scopo viene conseguito mediante un dosatore che combina la modalità volumetrica con la modalità a pesatura, utilizzando per la pre-dosatura del 95-99% della quantità richiesta un cassetto volumetrico che viene poi svuotato nella vaschetta di una bilancia di precisione in cui un alimentatore a bassa portata alimenta la polvere per la dosatura dell’1-5% finale. Ulteriori caratteristiche vantaggiose del dosatore in oggetto sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti.

Il vantaggio principale di questo dosatore risiede quindi nel fatto di combinare i vantaggi di entrambe le modalità di dosatura, permettendo di ottenere la tolleranza di 1 mg anche su una dose di 4000 mg ma in un tempo di alcuni secondi, per cui la capacità produttiva può arrivare anche a più di 500 pezzi/ora, con elevata ripetibilità e capacità di adattamento alle diverse caratteristiche della polvere ed al variare delle condizioni ambientali.

Un secondo significativo vantaggio del presente dosatore è quello di essere realizzato con una struttura alquanto semplice, economica e robusta che garantisce costi di produzione e manutenzione limitati ed una elevata affidabilità.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del dosatore secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di una sua forma realizzativa preferita con riferimento agli annessi disegni in cui:

la Fig.1 è una vista prospettica dall’alto del dosatore;

la Fig.2 è una vista prospettica dall’alto in esploso della porzione superiore del dosatore;

la Fig.3 è una vista in pianta dall’alto della porzione di Fig.2 in condizione assemblata e con il cassetto volumetrico in posizione di riempimento;

la Fig.4 è una vista in sezione verticale lungo la linea IV-IV di Fig.3;

la Fig.5 è una vista uguale alla Fig.3 ma con una diversa linea di sezione;

la Fig.6 è una vista in sezione verticale lungo la linea VI-VI di Fig.5;

la Fig.7 è una vista analoga alla Fig.3 ma con il cassetto volumetrico in posizione di svuotamento; e

la Fig.8 è una vista in sezione verticale lungo la linea VIII-VIII di Fig.7.

Facendo riferimento alle figure da 1 a 6, si vede che un dosatore secondo la presente invenzione comprende una struttura di supporto sostanzialmente costituita da due fiancate 1 che portano tra di esse una piastra superiore 2 sagomata a T orizzontale ed una piastra inferiore 3 che si estende anteriormente, nonché una pesa 4 situata dietro alla piastra inferiore 3 ed un primo cilindro attuatore 5 situato sopra alla pesa 4. Gli altri componenti del dosatore sono tutti montati direttamente o indirettamente sulle piastre 2, 3 e sulla pesa 4.

Più specificamente, la piastra inferiore 3 porta un tubo di scarico 6 che riceve la dose precisa di polvere da sparo da una vaschetta di pesatura 7 montata sulla pesa 4 in modo da ruotare attorno ad un asse orizzontale trasversale, sotto l’azione del primo cilindro attuatore 5, tra la posizione di riempimento illustrata in Fig.1 ed una posizione di svuotamento (non mostrata) in cui la polvere viene versata nel tubo di scarico 6 attraverso un beccuccio anteriore 7a della vaschetta 7.

Una tramoggia 8 per il carico della polvere da sparo, manualmente o mediante un tubo collegato ad un alimentatore automatico esterno, è montata su un supporto 9 avente una sezione trasversale sostanzialmente a U rovesciata. In questo modo, un cassetto volumetrico 10, descritto in dettaglio più avanti, può scorrere longitudinalmente avanti e indietro attraverso detto supporto 9 che è fissato sulla faccia superiore del braccio orizzontale della piastra superiore 2. Il moto alternato longitudinale del cassetto 10 è fornito da un secondo cilindro attuatore 11, che è montato sulla faccia posteriore della piastra superiore 2 ed è collegato al cassetto 10 attraverso un primo foro 2a ricavato nel braccio verticale della piastra superiore 2.

Un secondo foro 2b è ricavato nel braccio orizzontale della piastra superiore 2 in corrispondenza con l’uscita di fondo della tramoggia 8 per metterla in comunicazione, attraverso un foro verticale 9a nel supporto 9 ed il cassetto 10, con una camera di dosatura finale 12 che è montata sulla faccia inferiore del braccio orizzontale della piastra superiore 2. In questo modo, la polvere da sparo che scende dalla tramoggia 8 riempie dapprima detta camera 12 e poi il cassetto 10.

Un tubo di dosatura 13, meglio descritto più avanti, si estende longitudinalmente attraverso la camera 12 in modo da sporgere anteriormente sopra la vaschetta 7 e posteriormente per collegarsi ad un motore 14 a velocità variabile che lo pone in rotazione. Anche il motore 14 è montato sulla faccia posteriore della piastra superiore 2, al di sotto del secondo cilindro attuatore 11, ed è collegato al tubo 13 attraverso un terzo foro 2c ricavato nel braccio verticale della piastra superiore 2.

Un quarto foro 2d è ricavato nel braccio orizzontale della piastra superiore 2 in corrispondenza della vaschetta 7, e riceve un cannello 15 che si estende verso il basso in posizione adiacente alla estremità anteriore del tubo di dosatura 13. Infine, un’unità di controllo 16 è montata sulla faccia laterale del braccio verticale della piastra superiore 2 ed è operativamente collegata alla pesa 4, al motore 14 ed ai due cilindri attuatori 5, 11.

Il cassetto volumetrico 10 è formato da un corpo cassetto 10a in cui è ricavata una apertura verticale allungata 10b alloggiante un cursore 10c che scorre longitudinalmente sotto l’azione di una vite anteriore di regolazione 10d, la quale impegna un foro filettato longitudinale ricavato nel cursore 10c. Lo spazio tra l’estremità posteriore del cursore 10c e l’estremità posteriore dell’apertura 10b definisce la camera di dosatura volumetrica 10e, la cui lunghezza può quindi essere variata tramite la vite di regolazione 10d in accordo con la quantità di polvere da sparo da dosare.

Il cassetto volumetrico 10 viene quindi regolato fino a raggiungere tipicamente una quantità di polvere da sparo pari a circa il 95-99% della quantità da dosare: ad esempio, per una quantità di 4000 mg la camera 10e può essere dimensionata per ricevere 3970 mg con una tolleranza di ±20 mg, cosicché la dosatura finale implichi solo una quantità compresa tra 10 e 50 mg. Tale quantità finale viene caricata nella vaschetta 7 dal tubo di dosatura 13 che è provvisto di un’asola di riempimento 13a ricavata nella porzione in corrispondenza della camera di dosatura finale 12, sulla quale il tubo 13 è montato in modo girevole essendo supportato da anelli di tenuta 12a.

La polvere da sparo entra quindi nel tubo 13 attraverso l’asola 13a e procede verso l’estremità anteriore del tubo 13 per effetto della rotazione impartita dal motore 14 e, preferibilmente, anche grazie ad una leggera svasatura della superficie interna del tubo 13 che può presentare una conicità��di alcuni gradi (ad es. 6°) in modo che la polvere proceda lungo una superficie con una piccola inclinazione verso l’estremità anteriore del tubo 13 (Fig.6).

Dalla descrizione sopra riportata, e con l’ausilio delle figure 7 e 8, il semplice ed efficace funzionamento del presente dosatore risulta immediatamente comprensibile.

Come accennato in precedenza, la camera di dosatura volumetrica 10e viene riempita dalla polvere che scende per gravità dalla tramoggia 8 attraverso il foro 9a nel supporto 9 (Fig.4), dopodiché il secondo cilindro attuatore 11 spinge in avanti il cassetto volumetrico 10 fino a portare la camera 10e in corrispondenza del cannello 15 (Fig.8), in modo che la quantità di polvere dosata nella camera 10e sia svuotata nella vaschetta di pesatura 7. La pesa 4 verifica l’esatto peso della polvere presente nella vaschetta 7 e invia il dato all’unità di controllo 16 che aziona il motore 14 che fa ruotare il tubo di dosatura 13 ad una velocità preimpostata (ad es. la velocità del motore 14 può variare tra 0 e 120 giri/min).

La polvere da sparo, proveniente dalla camera di dosatura finale 12 attraverso l’asola 13a, inizia quindi a fuoriuscire dal tubo 13 e cade nella vaschetta 7. La pesa 4 invia continuamente il valore del peso della polvere all’unità di controllo 16, la quale riduce la velocità di rotazione del motore 14 (e quindi del tubo 13) mano a mano che il peso rilevato si avvicina al peso preimpostato, fino all’arresto completo quando il peso rilevato è esattamente corrispondente a quello desiderato.

La dose esatta di polvere da sparo presente nella vaschetta di pesatura 7 viene quindi svuotata automaticamente nel tubo di scarico 6 attraverso il beccuccio 7a grazie al primo cilindro attuatore 5, come accennato in precedenza, la vaschetta 7 viene poi riportata in posizione di riempimento dal cilindro 5, il cassetto volumetrico 10 viene riportato indietro nella posizione di riempimento dal secondo cilindro attuatore 11, ed a questo punto il dosatore è pronto per eseguire il ciclo successivo.

Si noti che il cassetto volumetrico 10 preferibilmente non poggia direttamente sulla piastra superiore 2 bensì su una piastrina 17 disposta tra essi (Fig.2), la quale è ovviamente provvista di passaggi 17a e 17b rispettivamente in corrispondenza dei fori 2b e 2d della piastra superiore 2. Lo scopo della piastrina 17 è quello di prevenire l’usura della piastra 2, che è tipicamente realizzata in un metallo leggero e relativamente tenero quale l’alluminio per non renderla troppo pesante, dovuta allo strisciamento del cassetto volumetrico 10 che invece è tipicamente realizzato in un materiale più duro e pesante per garantire la tenuta della camera 10e e la chiusura del foro 9a durante il suo moto alternato.

Risulta quindi evidente che con il dosatore secondo la presente invenzione è possibile realizzare velocemente una dosatura con alta precisione e ripetibilità, in modo automatico e con una struttura semplice e affidabile.

È chiaro che la forma realizzativa del dosatore secondo l'invenzione sopra descritta ed illustrata costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni. In particolare, il tipo e la disposizione dei mezzi attuatori che azionano la vaschetta 7, il cassetto 10 ed il tubo 13 possono variare alquanto a seconda di specifiche esigenze costruttive fintanto che viene mantenuta la funzionalità sopra descritta.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dosatore per polveri a granulometria fine comprendente - una tramoggia (8) per il carico della polvere, - un supporto (9) provvisto di un foro verticale (9a) in corrispondenza di un’uscita di fondo di detta tramoggia (8) che è montata su detto supporto (9), - un cassetto volumetrico (10) provvisto di una camera di dosatura volumetrica (10e), detto cassetto volumetrico (10) essendo mobile avanti e indietro attraverso il supporto (9) tra una posizione di riempimento, in cui detta camera di dosatura volumetrica (10e) viene riempita dalla polvere che scende per gravità dalla tramoggia (8) attraverso detto foro verticale (9a) nel supporto (9), ed una posizione di svuotamento, in cui la camera di dosatura volumetrica (10e) viene svuotata dalla polvere che scende per gravità attraverso un foro (2d) ricavato in una piastra (2) sopra la quale è montato il supporto (9), e - mezzi attuatori (11) che forniscono detto moto avanti e indietro al cassetto volumetrico (10), caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre - una camera di dosatura finale (12), disposta sotto detta piastra (2) e comunicante con la camera di dosatura volumetrica (10e) attraverso un secondo foro (2b) ricavato nella piastra (2) in corrispondenza di detta posizione di riempimento, - un tubo di dosatura (13) che si estende attraverso detta camera di dosatura finale (12) in modo da sporgere anteriormente con la propria estremità in corrispondenza di detta posizione di svuotamento, detto tubo di dosatura (13) essendo provvisto di un’asola (13a) per l’ingresso della polvere ricavata nella propria porzione contenuta nella camera di dosatura finale (12), - un motore (14) a velocità variabile che pone in rotazione il tubo di dosatura (13), - una vaschetta di pesatura (7) disposta in corrispondenza della posizione di svuotamento in modo da ricevere la polvere dalla camera di dosatura volumetrica (10e) e dal tubo di dosatura (13), - una pesa (4) che porta detta vaschetta di pesatura (7) e rileva costantemente il peso esatto della polvere in essa contenuta; - secondi mezzi attuatori (5) che svuotano la vaschetta di pesatura (7) in un tubo di scarico (6), e - un’unità di controllo (16) operativamente collegata a detta pesa (4), ad entrambi i mezzi attuatori (5, 11) ed a detto motore (14) a velocità variabile per controllare il funzionamento dei mezzi attuatori (5, 11) e del motore (14) sulla base del peso della polvere rilevato dalla pesa (4).
2. Dosatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie interna del tubo di dosatura (13) presenta una leggera svasatura verso la sua estremità con una conicità (��di alcuni gradi, preferibilmente 6°.
3. Dosatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che una piastrina (17) è disposta tra il cassetto volumetrico (10) e la piastra (2), detta piastrina (17) essendo provvista di passaggi (17a, 17b) in corrispondenza dei fori (2b, 2d) ricavati nella piastra (2).
4. Dosatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la vaschetta di pesatura (7) è montata sulla pesa (4) in modo da ruotare attorno ad un asse orizzontale trasversale ed è provvista di un beccuccio anteriore (7a).
5. Dosatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il motore (14) a velocità variabile pone in rotazione il tubo di dosatura (13) ad una velocità compresa tra 0 e 120 giri/min.
6. Dosatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il tubo di dosatura (13) sporge posteriormente dalla camera di dosatura finale (12) per collegarsi al motore (14) a velocità variabile.
7. Dosatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il tubo di dosatura (13) è montato in modo girevole sulla camera di dosatura finale (12) tramite anelli di tenuta (12a).
8. Dosatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal che il cassetto volumetrico (10) è formato da un corpo cassetto (10a) in cui è ricavata una apertura verticale allungata (10b) alloggiante un cursore (10c) scorrevole in essa sotto l’azione di una vite di regolazione (10d) che impegna un foro filettato longitudinale ricavato in detto cursore (10c), la camera di dosatura volumetrica (10e) essendo definita dallo spazio tra l’estremità posteriore del cursore (10c) e l’estremità posteriore di detta apertura verticale allungata (10b).