IT201900018920A1 - Dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto e metodo di estrusione - Google Patents
Dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto e metodo di estrusione Download PDFInfo
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Description
DISPOSITIVO PER ESTRUSIONE DI MATERIE PLASTICHE CON RAFFREDDAMENTO AD AZOTO E METODO DI ESTRUSIONE
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione s'inquadra nel settore concernente la formatura per estrusione a caldo di elementi in materia plastica quaI dispositivi per estrusione di materia plastica di tipo noto sono in genere costituiti da un insieme di mezzi per la compressione ed il riscaldamento della materia termoplastica da estrudere, in genere costituiti da una tramoggia per la materia termoplastica in pellets o polveri sfociante in un cilindro ospitante una vite o coclea rotante che comprime la materia termoplastica resa fluida, semifluida o rammollita dal riscaldamento indotto dall’attrito e dalla compressione ed eventualmente da resistenze elettrica, od altri riscaldatori, associati al cilindro e/o alla vite. L’estremità del cilindro ove viene convogliata la materia termoplastica fluida o semifluida reca una uscita sfociante in un insieme di filiere o matrici di formatura e di calibrazione allineate che sono percorse dalla termoplastica che viene da esse formata fino ad uscirne per entrare in vasche di raffreddamento ed in altri membri della catena di produzione del profilato in materia termoplastica.
Una o più filiere possono essere dotate di condotti interni, adiacenti alla - ma separati dalla - rispettiva camera di formatura e percorsi da acqua od altro liquido di raffreddamento per raffreddare la termoplastica in via di formatura o formata.
Uno svantaggio di tali dispositivi per estrusione di materia plastica consiste nella limitazione della velocità di estrusione, e quindi della produttività, dovuta ai limiti del rispettivo sistema raffreddamento.
Altro svantaggio di detti dispositivi noti consiste nel fatto che i profilati in essi prodotti possono essere affetti da rilevanti ritiri che ne compromettono l’estetica e le prestazioni meccaniche.
Ulteriore svantaggio consiste nella finitura ed aspetto superficiale dei profilati, realizzati con detti dispositivi noti, che talora risultano irregolari e/o opachi.
Altri svantaggi di detti dispositivi noti consiste nel loro elevato consumo d’acqua di raffreddamento e nel grande ingombro costituito dai membri deputati al raffreddamento.
Ulteriore svantaggio di detti dispositivi noti consiste nel fatto che l’acqua utilizzata in grande volume per il raffreddamento della materia plastica formata può risultare inquinata dai residui rilasciati dalla plastica.
Uno scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo ed un metodo di estrusione di materie termoplastiche con raffreddamento ad azoto o similari materiali, che consenta di incrementare notevolmente la velocità di estrusione e la produttività.
Altro scopo consiste nel proporre un dispositivo ed un metodo in grado di eliminare o ridurre i ritiri volumetrici della materia dei profilati con essi realizzati.
Ulteriore scopo è di migliorare la finitura e l’aspetto superficiale dei profilati realizzati con detti dispositivo e metodo dell’invenzione.
Altro scopo è di ridurre od eliminare il consumo d’acqua di raffreddamento e di ridurre l’ingombro del dispositivo della presente invenzione.
Ulteriore scopo è di proporre un dispositivo ed un metodo di estrusione di materie termoplastiche in grado di ridurre od azzerare il consumo d’acqua e di rilasciare l’acqua eventualmente utilizzata pressoché priva di inquinanti.
L’invenzione prevede l’utilizzo di azoto, o simili, come fluido di raffreddamento di profili in materia termoplastica, quali gomma e materiali polimerici termoplastici, durante il processo di estrusione.
L’utilizzo di tale fluido, mediante il raggiungimento di temperature ridotte dello stesso, consente di aumentare lo scambio termico con il profilato estruso, velocizzandone il raffreddamento.
Il dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto, o simili, della presente invenzione comprende almeno:
- un estrusore dotato di una tramoggia per la materia termoplastica in pellet, frammenti o polveri, sfociante in un cavità cilindrica avente ad una sua estremità una uscita per la materia termoplastica rammollita o fluida o semifluida; tale cavità cilindrica contiene una coclea o vite motorizzata che preme la materia termoplastica verso l’uscita ed inoltre eventualmente dotato di riscaldatori, a resistenza elettrica o di altro tipo, per fondere o rammollire la materia termoplastica;
-una filiera avente un ingresso per la materia termoplastica fluida ed in pressione alimentata dall’uscita dell’estrusore ed avente un attacco per una impronta maschio di formatura, detta siluro, delle cavità del profilato ed avente dei condotti per l’adduzione della materia termoplastica fluida in una camera di formatura della superficie o faccia esterna del profilato contenete il siluro ove le estremità di detti camera e siluro di formatura definiscono i bordi dell’uscita del profilato; - uno o più calibri ciascuno avente una cavità interna longitudinale allineata al profilato che ricevono dall’uscita della filiera, ove la parete di tale cavità calibra le dimensioni della superficie esterna del profilato;
- opzionalmente una eventuale vasca o camera di raffreddamento finale del profilato.
L’invenzione prevede l’adozione di condotti realizzati nella filiera e/o nei calibri e/o in appositi elementi di raffreddamento e destinati ad essere percorsi da flussi di azoto od altro fluido che in condizioni ambientali normali è allo stato gassoso (nel seguito indicato semplicemente come fluido) per ottenere almeno il raffreddamento del profilato. In particolare l’invenzione prevede almeno uno tra:
- membro a calibro provvisto di condotti longitudinali per il fluido, ciascuno avente estremità sfocianti all’esterno tramite rispettivi connettori di ingresso e d’uscita; - corpo di raffreddamento adiacente ad un rispettivo membro a calibro o filiera e comprendente un corpo provvisto di condotti longitudinali per il fluido, ciascuno avente estremità sfocianti all’esterno tramite rispettivi connettori di ingresso e d’uscita;
- mezzo di raffreddamento adiacente all’uscita della filiera o ad un rispettivo membro a calibro e provvisto di una finestra per il passaggio del profilato ed una intercapedine di raffreddamento compresa tra tale profilato ed il bordo della finestra in cui sfociano uscite dei condotti trasversali per il fluido ove ciascuno di tali condotti ha una estremità sfociante all’esterno del corpo tramite un rispettivo connettore di ingresso;
- siluro della filiera dotato di condotti longitudinali ciascuno avente un ingresso alimentato da condotti realizzati in un rispettivo supporto ed avente una uscita sfociante all’esterno ovvero, in una condizione operativa di realizzazione di un profilato, all’interno della cavità longitudinali del profilato stesso.
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:
- la figura 1 illustra una vista schematica frontale di un estrusione di materie plastiche che può essere dotato del raffreddamento ad azoto oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 illustra una vista frontale di una porzione di una prima forma di realizzazione del dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto della presente invenzione;
- la figura 3 illustra una vista in sezione secondo il piano III - III di figura 2;
- la figura 4 illustra una vista frontale di una porzione di una seconda forma di realizzazione del dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto della presente invenzione;
- le figure 5 e 6 illustrano viste rispettivamente frontale e laterale di uno degli elementi di raffreddamento di figura 4;
- la figura 7 illustra una vista assonometrica di una porzione di una terza forma di realizzazione del dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto della presente invenzione;
- la figura 8 illustra una vista assonometrica, ingrandita e parzialmente esplosa di alcuni membri di figura 7;
- la figura 9 illustra una vista laterale di un membro di figura 8:
- la figura 10 illustra una vista assonometrica, ingrandita ed esplosa di alcuni membri di figura 7 (tra i quali anche quelli di figura 8);
- la figura 11 illustra una vista assonometrica dei membri di figura 10 in una condizione assemblata;
- la figura 12 illustra una vista assonometrica di una porzione di una quarta forma di realizzazione del dispositivo per estrusione di materie plastiche con raffreddamento ad azoto della presente invenzione;
- la figura 13 illustra una vista frontale di figura 12;
- la figura 14 illustra una vista in sezione secondo il piano XIV - XIV di figura 13.
Con riferimento alle figure da 1 a 3, il dispositivo per estrusione di materie plastiche per ottenere un profilato P, oggetto della presente invenzione, comprende:
- un estrusore 3 avente una uscita per la materia termoplastica rammollita o fluida o semifluida e pressurizzata;
- una filiera 5 il cui ingresso è connesso all’uscita dell’estrusore ed avente un attacco 7 per un siluro 9 ospitato in una camera di formatura per realizzare una intercapedine di formatura 11 del profilato P;
- uno o più membri a calibro 21 ciascuno avente una cavità interna 23 longitudinale allineata al profilato P che riceve dall’uscita della filiera 5, ove la parete di tale cavità calibra le dimensioni della superficie esterna del profilato P;
- opzionalmente una eventuale vasca o camera di raffreddamento finale del profilato P.
Detto dispositivo comprende almeno un elemento di raffreddamento 31 del profilato durante od immediatamente dopo la formatura e/o la calibratura del profilato P stesso.
Tale elemento di raffreddamento 31 è dotato di almeno uno tra condotti ed intercapedini di raffreddamento adiacenti od a diretto contatto con il profilato P destinati ad essere percorsi da un flusso di fluido F per raffreddare il profilato P ove tale fluido consiste in azoto liquido N od in altro fluido liquido che nelle normali condizioni ambientali è gassoso e che, preferibilmente ma non necessariamente, durante il raffreddamento del profilato subisce una transizione di stato da liquido a gassoso oppure resta liquido; nel presente documento con il termine azoto si intenderà quindi l’azoto stesso od altro fluido del tipo sopra indicato.
Facendo particolare riferimento a figura 3, l’almeno un elemento di raffreddamento 31 per il profilato è in corpo unico con un rispettivo membro a calibro 21.
Inoltre tale almeno un elemento di raffreddamento 31 è provvisto di un insieme di condotti longitudinali 33 per il fluido F paralleli ed adiacenti alla cavità interna longitudinale 23. Le estremità di ciascuno di ciascun condotto longitudinale 33 è in collegamento di flusso con l’esterno tramite rispettivi connettori di ingresso 24 e d’uscita 26 del fluido F.
Preferibilmente ogni membro a calibro 21 incorpora un proprio elemento di raffreddamento 31.
Opzionalmente, ciascun condotto longitudinale 33 può comprendere una eventuale rispettiva valvola capillare per l’espansione del fluido F.
L’invenzione prevede opzionalmente ed in alternativa alla valvola capillare, che ciascun condotto longitudinale 33 comprenda almeno un sensore di stato termodinamico e/o fisico del fluido, ad esempio di pressione e/o temperatura e/o portata del fluido, e che comprenda mezzi a valvola controllati remotamente da mezzi di controllo sulla base dei dati ad essi forniti dall’almeno un sensore di stato. Tali possibili soluzioni opzionali favoriscono la transizione di stato del fluido F ed un efficiente scambio termico con il profilato per il raffreddamento di quest’ultimo. La seconda forma di realizzazione di figure da 4 a 6 prevede, in alternativa od in aggiunta alla precedente prima forma di realizzazione, che l’almeno un elemento di raffreddamento 31 del dispositivo comprenda un corpo 41 ad esempio metallico ed a forma di parallelepipedo o di piastra avente un passaggio interno 43 longitudinale allineato al profilato P.
Tale passaggio interno 43 longitudinale ha sezione trasversale pressoché complementare alla sezione del profilato.
Tale almeno un elemento di raffreddamento 31, consistente in detto corpo 41, è posto in prossimità di un membro a calibro 21 od a valle della filiera 5.
Il corpo 41 dell’almeno un elemento di raffreddamento 31 è provvisto di un insieme di condotti longitudinali 45 per il fluido paralleli ed adiacenti al passaggio interno 43. Ciascun condotto longitudinale 45 è in collegamento di flusso con un rispettivo connettore di ingresso 48 per il fluido F ed almeno una delle sue estremità sfocia all’esterno tramite una rispettiva uscite 46 per il fluido F. Preferibilmente ciascuna estremità di tale condotto longitudinale 45 reca una corrispondente uscita 46.
La terza forma di realizzazione di figure da 7 a 11 prevede, in alternativa od in aggiunta alle precedenti forme di realizzazione, che detto elemento di raffreddamento 31 sia in corpo unico con la filiera 5 e comprenda un collettore di alimentazione 51 ricavato internamente all’attacco 7.
Detto collettore di alimentazione 51 presenta almeno un ingresso, esterno alla filiera, per il fluido F ed una uscita connessa agli ingressi di un insieme di condotti di raffreddamento 53 ricavati longitudinalmente nel siluro 9 e sfocianti all’estremità di quest’ultimo 9 opposta all’attacco 7. Il fluido F che esce dai condotti di raffreddamento 53 rimane nelle cavità longitudinali del profilato P.
Questa terza forma di realizzazione prevede opzionalmente che la parete della camera di formatura, che delimita l’intercapedine di formatura 11 del profilato P, rechi anch’essa un insieme di cavità di raffreddamento percorse dal fluido; in tal modo il profilato P viene raffreddato contemporaneamente dall’interno e dall’esterno.
La quarta forma di realizzazione di figure 12 e 13 prevede in alternativa od in aggiunta alle precedenti forma di realizzazione, che l’almeno un elemento di raffreddamento 31 comprenda un mezzo di raffreddamento 61 posto a valle della filiera 5 od adiacente ad un membri a calibro 21 e provvisto di una finestra 63 per il passaggio del profilato ed una intercapedine di raffreddamento 65 compresa tra tale profilato P ed il bordo della finestra 63.
Detto mezzo di raffreddamento 61 con finestra 63 ed intercapedine di raffreddamento 65, reca un insieme di condotti trasversali 67 ciascuno avente un ingresso esterno per il fluido F ed una uscita interna, sfociante nell’intercapedine di raffreddamento 65. Il mezzo di raffreddamento 61 in argomento è a forma di lastra spessa o piastra con due facce principali perpendicolari al profilato.
Opzionalmente ciascuna di tali facce del mezzo di raffreddamento 61 a lastra o piastra può recare un rispettivo schermo avente una apertura pressoché complementare alla sezione trasversale del profilato, tali schermi sono destinati a migliorare ed omogenizzare il riscontro del fluido con la superficie del profilato compresa tra di essi per un efficiente raffreddamento. Il metodo per estrusione di materie plastiche, oggetto della presente invenzione ed attuabile tramite il dispositivo precedentemente descritto, prevede di raffreddare il profilato, durante od immediatamente dopo la formatura e/o la calibratura del profilato stesso, tramite un fluido liquido che nelle normali condizioni ambientali è gassoso, ove il fluido, quale ad esempio l’azoto liquido N od altro, viene utilizzato allo stato liquido e/o durante la sua transizione di fase dallo stato liquido a quello gassoso e/o utilizzandolo sempre allo stato gassoso per il raffreddamento del profilato P. Il metodo prevede inoltre la fase opzionale di porre la superficie interna e/o esterna del profilato a diretto contatto con il fluido durante il raffreddamento del profilato stesso.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per estrusione di materie plastiche per ottenere un profilato (P) comprendente: - un estrusore (3) avente una uscita per la materia termoplastica rammollita o fluida o semifluida; - una filiera (5) il cui ingresso è connesso all’uscita dell’estrusore ed avente un attacco (7) per un siluro (9) ospitato in una camera di formatura per realizzare una intercapedine di formatura (11) del profilato (P); - uno o più membri a calibro (21) ciascuno avente una cavità interna (23) longitudinale allineata al profilato (P) che riceve dall’uscita della filiera (5), ove la parete di tale cavità calibra le dimensioni della superficie esterna del profilato (P); - opzionalmente una eventuale vasca o camera di raffreddamento finale del profilato (P); detto dispositivo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un elemento di raffreddamento (31) dotato di almeno uno tra condotti (33, 45) ed intercapedini di raffreddamento (65) adiacenti od a diretto contatto con il profilato (P) destinati ad essere percorsi da un flusso di fluido (F) per raffreddare il profilato (P) ove tale fluido (F) consiste in azoto liquido od in altro fluido liquido che nelle normali condizioni ambientali è gassoso.
- 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento di raffreddamento (31) è in corpo unico con un rispettivo membro a calibro (21) ed è provvisto di un insieme di condotti longitudinali (33) per il fluido paralleli ed adiacenti alla cavità interna longitudinale (23) e le estremità di ciascuno di essi (33) sfocia all’esterno tramite rispettivi connettori di ingresso (24) e d’uscita (26) del fluido (F).
- 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che ciascun condotto longitudinale (33) comprende una rispettiva valvola capillare per l’espansione del fluido (F) oppure ciascun condotto longitudinale (33) comprende almeno un sensore di stato (pressione e/o temperatura e/o portata) del fluido e mezzi a valvola controllati remotamente da mezzi di controllo sulla base dei dati ad essi forniti dall’almeno un sensore di stato.
- 4) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l’almeno un elemento di raffreddamento (31) comprende un corpo (41) avente un passaggio interno (43) longitudinale allineato al profilato (P) ed avente sezione trasversale pressoché complementare alla sezione del profilato, detto almeno un elemento di raffreddamento (31) è posto in prossimità di un membro a calibro (21) od a valle della filiera (5), detto corpo (41) dell’almeno un elemento di raffreddamento (31) è provvisto di un insieme di condotti longitudinali (45) per il fluido paralleli ed adiacenti al passaggio interno (43) e ciascuno di essi (45) sfocia all’esterno tramite un rispettivo connettore di ingresso (48) ed almeno una uscita (46) del fluido (F).
- 5) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedente caratterizzato dal fatto che detto elemento di raffreddamento (31) è in corpo unico con la filiera (5) e comprende un collettore di alimentazione (51) ricavato nell’attacco (7) ed avente un ingresso esterno alla filiera per il fluido ed una uscita connessa agli ingressi di un insieme di condotti di raffreddamento (53) ricavati longitudinalmente nel siluro (9) e sfocianti all’estremità di quest’ultimo (9) opposta all’attacco (7).
- 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che la parete della camera di formatura che delimita l’intercapedine di formatura (11) del profilato (P) reca un insieme di cavità di raffreddamento percorse dal fluido.
- 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l’almeno un elemento di raffreddamento (31) comprende un mezzo di raffreddamento (61) posto a valle della filiera (5) od adiacente ad un membri a calibro (21) e provvisto di una finestra (63) per il passaggio del profilato ed una intercapedine di raffreddamento (65) compresa tra tale profilato ed il bordo della finestra (63), detto mezzo di raffreddamento (61) reca un insieme di condotti trasversali (67) ciascuno avente un ingresso esterno per il fluido ed una uscita interna, sfociante nell’intercapedine di raffreddamento (65).
- 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che il mezzo di raffreddamento (61) è a forma di lastra o piastra con due facce principali perpendicolari al profilato e ciascuna recante un rispettivo schermo avente una apertura pressoché complementare alla sezione trasversale del profilato, tali schermi essedo destinati a migliorare ed omogenizzare il riscontro del fluido con la superficie del profilato compresa tra di essi.
- 9) Metodo per estrusione di materie plastiche attuabile tramite il dispositivo di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di raffreddare il profilato tramite azoto liquido (N) od altro fluido liquido che nelle normali condizioni ambientali è gassoso durante od immediatamente dopo la formatura e/o la calibratura del profilato stesso utilizzando il fluido allo stato liquido, e/o durante la sua transizione di fase allo stato gassoso e/o allo stato gassoso.
- 10) Metodo secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto di porre la superficie interna e/o esterna del profilato a diretto contatto con il fluido durante il raffreddamento del profilato stesso.
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