IT202000029408A1 - Macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo con un componente elastico realizzato mediante manifattura additiva - Google Patents

Macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo con un componente elastico realizzato mediante manifattura additiva Download PDF

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IT102020000029408A
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Stefano Copertino
Gianluca Rocchi
Massimo Mazzini
Dario Montanari
Angelo Rondinelli
Giuliano Gamberini
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Gd Spa
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Description

DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale dal titolo:
"Macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo con un componente elastico realizzato mediante manifattura additiva."
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione ? relativa ad una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo, ad esempio una macchina impacchettatrice per la produzione di pacchetti di sigarette, una macchina confezionatrice per la produzione di sigarette o di filtri per sigarette, oppure una macchina mettifiltro per applicare filtri a sigarette.
ARTE ANTERIORE
Una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo comprende numerosi componenti assemblati tra loro.
Alcuni di questi componenti devono essere elastici, ovvero devono presentare una elasticit? almeno lungo una direzione principale (o direzione di lavoro); in altre parole, un componente elastico deve presentare una capacit? di deformarsi elasticamente lungo la direzione principale.
Un esempio di un componente elastico ? una testa di applicazione che ? configurata per applicare un foglietto ad un pacchetto e presenta una sede aspirante atta ad alloggiare e trattenere il foglietto (in questo caso la direzione principale ? perpendicolare alla sede aspirante). Normalmente, le teste di applicazioni sono presenti in una macchina impacchettatrice per applicare dei foglietti (normalmente dei bollini fiscali o di chiusura) a corrispondenti pacchetti di sigarette; in particolare, sono previsti un convogliatore lineare configurato per avanzare i pacchetti di sigarette lungo un percorso ed un tamburo girevole che supporta almeno una testa di applicazione per avanzare ciclicamente la testa di applicazione tra una stazione di prelievo in cui la testa di applicazione preleva un foglietto ed una stazione di rilascio in cui la testa di applicazione preme il foglietto (provvisto preventivamente di colla) contro un corrispondente pacchetto di sigarette portato dal convogliatore.
Attualmente, la testa di applicazione viene resa elastica (ovvero capace di deformarsi elasticamente) mediante l?inserimento di una parte in gomma; tuttavia, la gomma presenta un invecchiamento relativamente veloce (particolarmente quando ? sottoposta a continue sollecitazioni meccaniche come avviene in una macchina impacchettatrice che esegue centina di cicli di lavorazione al minuto) e quindi deve venire sostituita di frequente con dei conseguenti fermi macchina (per manutenzione) che sono particolarmente costosi in quanto riducono l?efficienza della macchina impacchettatrice. E? importante osservare che la sostituzione frequente delle parti in gomma comporta un costo elevato non per il costo delle parti in gomma (che di per s? hanno un costo molto basso), ma per il costo dell?operatore specializzato che deve intervenire sulla macchina impacchettatrice e soprattutto per il costo della mancata produzione quando la macchina impacchettatrice ? ferma. Inoltre, l?accoppiamento della parte in gomma con la testa di applicazione richiede un procedimento complesso, in quanto la parte in gomma deve venire assemblata o vulcanizzata (con l'ausilio di uno stampo specifico) direttamente sulla testa di applicazione.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione ? quello di superare i sopracitati inconvenienti, ovvero di fornire una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.
Tale scopo ? raggiunto proponendo una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo in accordo con le rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica e frontale di una macchina mettifiltro realizzata in accordo con la presente invenzione;
? la figura 2 ? una vista prospettica e parzialmente esplosa di parte di un tamburo di un convogliatore rotante della macchina mettifiltro della figura 1;
? le figure 3 e 4 sono due diverse viste prospettiche di un settore circolare del convogliatore rotante della figura 2;
? la figura 5 ? una vista schematica e frontale di una unit? di etichettatura che ? parte di una macchina impacchettatrice di sigarette;
? la figura 6 ? una vista schematica e frontale di una diversa forma di attuazione della unit? di etichettatura della figura 4;
? la figura 7 ? una vista prospettica ed in sezione longitudinale di una testa di applicazione della unit? di etichettatura della figura 5 o 6; e
? la figura 8 ? una vista in sezione della testa di applicazione della figura 7.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE
Con riferimento alla figura 1, ? stata indicata con il numero 1 nel suo complesso una macchina mettifiltro per applicare i filtri alle sigarette (ovvero una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo).
La macchina 1 mettifiltro comprende una pluralit? di convogliatori 2 rotanti, ciascuno dei quali ? montato girevole per ruotare con moto continuo attorno ad un asse 3 di rotazione centrale e supporta lateralmente una serie di sedi 4 aspiranti (illustrate nelle figure 3 e 4) atte ciascuna a trattenere almeno una corrispondente sigarette e/o almeno un corrispondente filtro.
Secondo quanto illustrato nelle figure 2, 3 e 4, almeno un convogliatore 2 rotante comprende un tamburo 5 centrale (solo parzialmente illustrato nella figura 2) che ? montato girevole attorno all?asse 3 di rotazione (ovvero ? fissato girevole ad un telaio della macchina 1 mettifiltro) ed una pluralit? di settori 6 circolari (uno solo dei quali ? illustrato nelle figure 3 e 4) che sono fissati tutto attorno alla periferia del tamburo 5 per costituire un anello che circonda il tamburo 5 stesso. Ovvero i settori 6 circolari costituiscono un anello che riveste il tamburo 5 e costituisce un mantello che ricopre il tamburo 5 stesso. Le sedi 4 aspiranti sono ricavate nei settori 6 circolari e sulla periferia del tamburo 5 sfociano delle aperture che si accoppiano con i settori 6 circolari per fornire ai settori 6 circolari stessi la necessaria aspirazione.
In caso di cambio formato, cio? quando la macchina 1 mettifiltro deve trattare delle sigarette (e filtri) di dimensione diversa (in particolare di diametro diverso), ? necessario modificare la conformazione delle sedi 4 aspiranti (che deve riprodurre in negativo la forma delle sigarette/filtri); tale operazione richiede la sostituzione solo dei settori 6 circolari (in cui sono ricavate le sedi 4 aspiranti) e non richiede la sostituzione dei tamburi 5 e di conseguenza ? nettamente pi? veloce e semplice (? decisamente pi? facile smontare/montare solo dei settori 6 circolari piuttosto che tutto un convogliatore 2 rotante). Inoltre, un set di pezzi di ricambio per un nuovo formato delle sigarette/filtri ? nettamente pi? economico e compatto (i soli settori 6 circolari richiedono molto meno materiale rispetto ai convogliatori 2 rotanti completi). In altre parole, in ciascun convogliatore 2 rotante il corrispondente tamburo 5 diventa una parte di macchina standard che ? del tutto slegata dal formato degli articoli da fumo (ovvero non viene mai sostituita o regolata durante un cambio formato) mentre solo i settori 6 circolari sono parti di macchina a formato che devono variare in funzione del formato degli articoli da fumo (ovvero devono venire sostituite durante un cambio formato).
Ciascun settore 6 circolare presenta una serie di sedi 4 aspiranti (ciascuna atta a trattenere un articolo da fumo sostanzialmente cilindrico) ed ? configurato per venire montato in modo separabile e con un sistema ad incastro sulla periferia del tamburo 5. Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 2, 3 e 4, il sistema ad incastro ? realizzato a coda di rondine, ovvero una singola cava 7 (femmina o mortasa) di forma trapezoidale ? ricavata all?interno di ciascun settore 6 circolare mentre un singolo dente 8 (maschio o tenone) di forma trapezoidale che riproduce la forma della cava 7 ? ricavato sul tamburo 5; in questo modo, il sistema ad incastro permette unicamente uno scorrimento assiale, ovvero parallelo all?asse 3 di rotazione, di un settore 6 circolare rispetto al tamburo 5.
Ciascun settore 6 circolare presenta una conformazione geometrica che conferisce al settore 6 circolare stesso una capacit? di deformarsi elasticamente maggiormente lungo una direzione D1 principale (diretta circonferenzialmente e quindi perpendicolarmente all?asse 3 di rotazione) rispetto a due direzioni D2 (diretta radialmente quindi perpendicolarmente all?asse 3 di rotazione) e D3 (diretta assialmente quindi parallelamente all?asse 3 di rotazione) secondarie perpendicolari tra loro ed alla direzione D1 principale. Ovvero, ciascun settore 6 circolare presenta una elasticit? maggiore lungo la direzione D1 principale rispetto alle due direzioni D2 e D3 secondarie.
Ciascun settore 6 circolare deve venire deformato elasticamente lungo la direzione D1 principale per scorrere assialmente rispetto al tamburo 5 e quando il settore 6 circolare ? montato sul tamburo 5 preme elasticamente contro il tamburo 5 stesso lungo la direzione D1 principale; in altre parole, ciascun dente 8 del tamburo 5 presenta una minima interferenza circonferenziale con la cava 7 ricavata nel settore 6 circolare e quindi per calzare la cava 7 sul dente 8 ? necessario deformare elasticamente il settore 6 circolare lungo la direzione D1 principale (circonferenziale), ovvero ? necessario ?allargare? circonferenzialmente la cava 7.
Secondo una possibile forma di attuazione, ciascun settore 6 circolare principale presenta una pluralit? di incisioni 9 orientate assialmente. In particolare, ciascun settore 6 circolare ha una superficie 10 esterna che ? opposta al tamburo 5 e presenta un alternarsi di valli in corrispondenza delle sedi 4 aspiranti e di creste disposte tra due valli, ovvero tra due sedi 4 aspiranti; inoltre, ciascun settore 6 circolare ha una superficie 11 interna che ? opposta alla superficie 10 esterna, ? disposta a contatto con il tamburo 5 e presenta la pluralit? di incisioni 9 ciascuna delle quali ? posizionata in corrispondenza di una cresta della superficie 10 esterna (ovvero ? allineata ad una cresta della superficie 10 esterna). Preferibilmente, in corrispondenza di ciascuna cresta il settore 6 circolare presenta un canale 12 passante che ? orientato assialmente e viene interessato da una rispettiva incisione 9; ovvero ciascuna incisione 9 sfocia dentro ad un rispettivo canale 12 passante. La forma aperta di ciascun settore 6 circolare conferisce al settore 6 circolare una certa elasticit? circonferenziale indipendentemente dalla presenza delle incisioni 9; la presenza delle incisioni 9 aumenta considerevolmente l?elasticit? circonferenziale di un settore 6 circolare. Dimensionando opportunamente lo spessore di un settore 6 circolare ed il numero/ampiezza delle incisioni 9 ? possibile modificare l?elasticit? del settore 6 circolare lungo la direzione D1 principale (che, come gi? detto, ? orientata circonferenzialmente). E? importante sottolineare che l?elasticit? circonferenziale dei settori 6 circolari permette anche di realizzare i settori 6 circolari stessi con una tolleranza costruttiva maggiore, in quanto le deviazioni rispetto alla dimensione nominale possono venire compensate dalla deformazione elastica dei settori 6 circolari.
Nelle figure 5 e 6 ? illustrata una unit? 13 di etichettatura (secondo due diverse forme di attuazione) che ? parte di una macchina 14 impacchettatrice che realizza pacchetti di sigarette oppure che applica sovraincarti trasparenti a pacchetti di sigarette.
La macchina 14 impacchettatrice comprende un convogliatore 15 a nastro che avanza i pacchetti di sigarette lungo un percorso P rettilineo ed orizzontale e l?unit? 13 di etichettatura coopera con il convogliatore 15 a nastro per applicare dei foglietti 16 (tipicamente dei bollini fiscali o di chiusura) ai pacchetti di sigarette portati dal convogliatore 15 a nastro.
L?unit? 13 di etichettatura comprende un convogliatore 17 rotante che ? montato girevole attorno ad un asse 18 di rotazione e supporta almeno una testa 19 di applicazione per avanzare ciclicamente la testa 19 di applicazione tra una stazione di prelievo in cui la testa 19 di applicazione preleva un foglietto 16 ed una stazione di rilascio in cui la testa 19 di applicazione preme il foglietto 16 (provvisto preventivamente di colla) contro un pacchetto di sigarette portato dal convogliatore 15 a nastro. In particolare, ciascuna testa 19 di applicazione presenta una sede 20 aspirante (meglio illustrata nelle figure 7 e 8) atta ad alloggiare e trattenere un corrispondente foglietto 16.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 5, il convogliatore 17 rotante supporta una pluralit? di teste 19 di applicazione mentre nella forma di attuazione illustrata nella figura 6, il convogliatore 17 rotante supporta una unica testa 19 di applicazione.
Secondo quanto illustrato nelle figure 7 e 8, ciascuna testa 19 di applicazione presenta una conformazione geometrica che conferisce alla testa 19 di applicazione stessa una capacit? di deformarsi elasticamente maggiormente lungo una direzione D1 principale (diretta perpendicolarmente alla sede 20 aspirante e quindi radialmente rispetto all?asse 18 di rotazione) rispetto a due direzioni D2 e D3 secondarie (entrambe dirette parallelamente alla sede 20 aspirante) perpendicolari tra loro ed alla direzione D1 principale. Ovvero, ciascuna testa 19 di applicazione presenta una elasticit? maggiore lungo la direzione D1 principale rispetto alle due direzioni D2 e D3 secondarie.
Secondo una preferita forma di attuazione, ciascuna testa 19 di applicazione presenta una porzione 21 intermedia che ? realizzata a soffietto e si estende lungo la direzione D1 principale; di conseguenza, la porzione 21 intermedia a soffietto conferisce alla testa 19 di applicazione una adeguata capacit? di deformarsi elasticamente lungo la direzione D1 principale. Dimensionando opportunamente l?estensione e lo spessore della porzione 21 intermedia a soffietto ? possibile modificare l?elasticit? della testa 19 di applicazione lungo la direzione D1 principale; in particolare, tanto pi? estesa ? la porzione 21 intermedia a soffietto tanto maggiore ? la lunghezza della massima deformazione elastica e tanto meno ? spessa la porzione 21 intermedia a soffietto tanto minore ? la costante elastica della porzione 21 intermedia a soffietto.
I settori 6 circolari della macchina 1 mettifiltro e le teste 19 di applicazione della macchina 14 impacchettatrice sono esempi di componenti di una macchina operatrice per la lavorazione di articoli da fumo che sono vantaggiosamente fabbricati mediante manifattura additiva; ovvero ciascun componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) ? un unico pezzo monolitico, ? composto da unico corpo indivisibile realizzato tutto insieme senza soluzione di continuit?, ed ? fabbricato mediante manifattura additiva. Come detto in precedenza, ciascun componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) presenta una conformazione geometrica che conferisce al componente stesso una capacit? di deformarsi elasticamente maggiormente lungo la direzione D1 principale rispetto alle due direzioni D2 e D3 secondarie; ovvero, l?elasticit? di ciascun componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) non viene ottenuta utilizzano materiali maggiormente elastici, ma viene ottenuta unicamente grazie alla forma (ovvero alla conformazione geometrica) che genera l?elasticit? desiderata. Di conseguenza, ciascun componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) presenta una maggiore elasticit? solo lungo la direzione D1 principale e non lungo le due direzioni D2 e D3 secondarie.
Ciascun componente ? realizzato mediante manifattura additiva (denominata anche stampa 3D), ovvero mediante un processo industriale che partendo da un modello 3D digitale realizza il pezzo aggiungendo uno strato sopra l'altro (alcuni esempi di tecnologie utilizzabili nella manifattura additiva sono la stereolitografia, la modellazione a deposizione fusa denominata anche FDM o la sinterizzazione laser selettiva denominata anche SLS, la microfusione laser diretta o DLM).
Secondo una possibile forma di attuazione, almeno un componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) ? realizzato interamente in materiale plastico (plastica o resina), ovvero non in materiale metallico (essenzialmente per ridurre il costo di produzione ed il peso), in quanto ciascun componente in uso non ? sottoposto a sollecitazioni meccaniche rilevanti. Eventualmente il materiale plastico con cui viene realizzata ciascun componente potrebbe venire caricato (rinforzato) con carbonio o vetro per aumentare le caratteristiche strutturali (ad esempio il Nylon 12CF ? un composito termoplastico per stampa 3D caricato carbonio dalle eccellenti caratteristiche strutturali).
Secondo una diversa forma di attuazione, almeno un componente (settore 6 circolare o testa 19 di applicazione) ? realizzato interamente in materiale metallico.
Generalmente, il settore 6 circolare viene preferibilmente realizzato (mediante manifattura additiva) in materiale metallico in quanto in uso ? sottoposto a sollecitazioni meccaniche maggiori, mentre la testa 19 di applicazione viene preferibilmente realizzata (mediante manifattura additiva) in materiale plastico in quanto in uso ? sottoposta a sollecitazioni meccaniche minori.
La macchina operatrice sopra descritta presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, i componenti (settori 6 circolari o teste 19 di applicazione) della macchina operatrice sopra descritta che richiedono una certa elasticit?, ottengo l?elasticit? desiderata senza utilizzare elementi in gomma e quindi presentano un vita operativa estremamente lunga (quindi non richiedono una loro sostituzione frequente).
Inoltre, la realizzazione della macchina operatrice sopra descritta ? particolarmente semplice ed economica in quanto i componenti (settori 6 circolari o teste 19 di applicazione) della macchina operatrice sopra descritta che richiedono una certa elasticit? possono venire fabbricati in modo veloce e poco costoso grazie alla manifattura additiva; infatti i componenti (settori 6 circolari o teste 19 di applicazione) della macchina operatrice sopra descritta che richiedono una certa elasticit? vengono fabbricati tutti di un pezzo senza richiedere alcuna ulteriore operazione di montaggio, assemblaggio, costampaggio.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI
1. Macchina (1; 14) operatrice per la lavorazione di articoli da fumo e comprendente almeno un componente che ? un unico pezzo monolitico, ? composto da unico corpo indivisibile realizzato tutto insieme senza soluzione di continuit?, ed ? fabbricato mediante manifattura additiva;
in cui il componente presenta una conformazione geometrica che conferisce al componente stesso una capacit? di deformarsi elasticamente maggiormente lungo una direzione (D1) principale rispetto a due direzioni (D2, D3) secondarie perpendicolari tra loro ed alla direzione (D1) principale.
2. Macchina (1; 14) operatrice secondo la rivendicazione 1, in cui il componente presenta una elasticit? maggiore lungo la direzione (D1) principale rispetto alle due direzioni (D2, D3) secondarie.
3. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il componente presenta una porzione (21) intermedia che ? realizzata a soffietto e si estende lungo la direzione (D1) principale.
4. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il componente ? una testa (19) di applicazione che ? configurata per applicare un foglietto (16) ad un pacchetto e presenta una sede (20) aspirante atta ad alloggiare e trattenere il foglietto (16).
5. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 4, in cui la direzione (D1) principale ? perpendicolare alla sede (20) aspirante.
6. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 4 o 5 e comprendente: un primo convogliatore (15) configurato per avanzare il pacchetto lungo un percorso (P); ed
un secondo convogliatore (17) che supporta la testa (19) di applicazione per avanzare ciclicamente la testa (19) di applicazione tra una stazione di prelievo in cui la testa (19) di applicazione preleva il foglietto (16) ed una stazione di rilascio in cui la testa (19) di applicazione preme il foglietto (16) contro il pacchetto portato dal primo convogliatore (15).
7. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il componente ? un settore (6) circolare che presenta almeno una sede (4) aspirante atta a trattenere un articolo da fumo cilindrico ed ? configurato per venire montato in modo separabile e con un sistema ad incastro sulla periferia un tamburo (5) montato girevole attorno ad un asse (3) di rotazione.
8. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 7, in cui il sistema ad incastro permette unicamente uno scorrimento assiale, ovvero parallelo all?asse (3) di rotazione, del settore (6) circolare rispetto al tamburo (5).
9. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 8, in cui il sistema ad incastro ? realizzato a coda di rondine.
10. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui il settore (6) circolare deve venire deformato elasticamente lungo la direzione (D1) principale per scorrere rispetto assialmente al tamburo (5) e quando il settore (6) circolare ? montato sul tamburo (5) preme elasticamente contro il tamburo (5) stesso lungo la direzione (D1) principale.
11. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui la direzione (D1) principale ? circonferenziale e quindi perpendicolare rispetto all?asse (3) di rotazione.
12. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 11, in cui il settore (6) circolare principale presenta una pluralit? di incisioni (9) orientate assialmente.
13. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 12, in cui il settore (6) circolare ha:
una superficie (10) esterna che ? opposta al tamburo (5) e presenta un alternarsi di valli in corrispondenza di sedi (4) aspiranti e di creste disposte tra due valli, ovvero tra due sedi (4) aspiranti; ed
una superficie (11) interna che ? opposta alla superficie (10) esterna, ? disposta a contatto con il tamburo (5) e presenta la pluralit? di incisioni (9) ciascuna delle quali ? posizionata in corrispondenza di una cresta della superficie (10) esterna.
14. Macchina (1; 14) operatrice (1) secondo la rivendicazione 13, in cui in corrispondenza di ciascuna cresta il settore (6) circolare presenta un canale (12) passante che ? orientato assialmente e viene interessato da una rispettiva incisione (9).
15. Metodo di produzione di un componente di una macchina (1; 14) operatrice per la lavorazione di articoli da fumo; il componente ? un unico pezzo monolitico, ? composto da unico corpo indivisibile realizzato tutto insieme senza soluzione di continuit?, ed ? fabbricato mediante manifattura additiva;
in cui il componente presenta una conformazione geometrica che conferisce al componente stesso una capacit? di deformarsi elasticamente maggiormente lungo una direzione (D1) principale rispetto a due direzioni (D2, D3) secondarie perpendicolari tra loro ed alla direzione (D1) principale.
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