IT202100001448A1

IT202100001448A1 - Dispositivo dosatore gravimetrico

Info

Publication number: IT202100001448A1
Application number: IT102021000001448A
Authority: IT
Inventors: Rinaldo Piva
Original assignee: Pegaso Ind S P A
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-07-26
Also published as: WO2022162543A1; EP4284613A1

Description

Dispositivo dosatore gravimetrico

DESCRIZIONE

Ambito tecnico

La presente invenzione riguarda un dispositivo dosatore gravimetrico avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale.

In particolare, l?invenzione trova una preferita, ancorch? non esclusiva, applicazione nel settore della lavorazione delle materie plastiche.

Sfondo tecnologico

Nel settore tecnico sopra richiamato, ? ampiamente noto produrre oggetti in materiale polimerico a partire da miscele di materiali diversi, preparate secondo ricette che definiscono il preciso rapporto tra i diversi materiali. Tali miscele sono concepite al fine di conferire al prodotto finale caratteristiche chimico-fisiche o meccaniche adeguate agli scopi previsti per il suo utilizzo e possono prevedere la combinazione di un numero consistente di materiali, tra cui uno o pi? materiali polimerici e uno o pi? additivi che possono essere sia di natura organica che di natura inorganica.

In termini generali, tali materiali possono differire tra loro per una qualsiasi loro caratteristica, come, ad esempio, la composizione chimica oppure la loro forma o il loro grado di purezza o anche la loro origine. A titolo di esempio, i materiali da miscelare possono essere uno o pi? polimeri in granuli, una carica minerale, e uno o pi? additivi, come un composto stabilizzante, un composto antiossidante o, ancora, un composto colorante.

Inoltre, i polimeri da miscelare possono essere dello stesso tipo, ad esempio PET o EVA, ma avere origini diverse, quali ad esempio materiale vergine, oppure materiale riciclato.

Allo scopo di preparare queste miscele sono comunemente utilizzati nel settore dispositivi dosatori gravimetrici.

In termini generali, questi ultimi comprendono una pluralit? di tramogge tutte collegate ad una unit? di pesatura posta a valle delle stesse.

Ciascuna tramoggia contiene un componente della miscela da preparare e, in funzione del tipo e della quantit? di tale componente, pu? presentare forma e dimensioni diverse dalle altre tramogge.

La miscela desiderata viene preparata aggiungendo in successione quantit? opportune dei materiali provenienti dalle diverse tramogge, in accordo con quanto previsto dalla specifica ricetta.

In particolare, le quantit? di materiale proveniente dalle singole tramogge sono misurate dall?unit? di pesatura, grazie ad esempio alla previsione di celle di carico sulle quali ? appoggiato un recipiente di raccolta posizionato sotto l?apertura di scarico delle diverse tramogge.

Operativamente, una volta impostata la ricetta della miscela da preparare e quindi calcolate le quantit? di ogni singolo materiale che la compone, una prima tramoggia inizia a scaricare il materiale in essa contenuto nell?unit? di pesatura fino a quando la quantit? di tale materiale, misurata con precisione dall?unit? di pesatura, raggiunge il valore predefinito dalla ricetta. A questo punto, viene chiuso il collegamento tra la prima tramoggia e l?unit? di pesatura e viene aperto il collegamento tra quest?ultima e una seconda tramoggia in modo da ricevere e pesare la quantit? desiderata del secondo materiale, e cos? via fino al completamento della miscela.

In questo contesto, la Richiedente ha osservato che nei dispositivi dosatori gravimetrici noti, il materiale contenuto nelle diverse tramogge ? scaricato nell?unit? di pesatura secondo due modalit? diverse.

Nella prima modalit? ? previsto che la tramoggia sia collegata all?unit? di pesatura sottostante mediante una valvola a serranda.

In questo modo, quando la valvola viene aperta, il materiale pu? passare rapidamente dalla tramoggia all?unit? di pesatura riuscendo a completare il trasferimento della quantit? di materiale in tempi relativamente rapidi. Tuttavia, la Richiedente ha verificato come questo primo sistema di scarico non consenta di ottenere gradi di precisione elevati nella quantit? di materiale scaricato.

La seconda modalit? prevede che la tramoggia sia collegata all?unit? di pesatura sottostante mediante un alimentatore a coclea.

In questo caso, il materiale proveniente dalla tramoggia viene trasportato da una coclea fino all?ingresso all?unit? di pesatura. In questo modo, dimensionando opportunamente la coclea e la sua velocit? di rotazione ? possibile controllare in modo molto preciso e costante la quantit? di materiale immesso nell?unit? di pesatura e di rispondere rapidamente ai comandi di fine scarico.

Tuttavia, la Richiedente ha verificato come questo secondo sistema di scarico risulti molto lento, il che pu? portare a pesanti ricadute negative sui tempi di lavorazione.

Alla luce delle particolari caratteristiche dei sistemi di scarico sopra brevemente descritti, la Richiedente ha osservato che le tramogge con sistema di scarico con valvola a serranda vengono utilizzate principalmente per dosare i materiali con le frazioni pi? alte nella miscela da preparare, in cui una minor precisione di dosaggio impatta percentualmente in modo meno importante nella quantit? complessiva del materiale scaricato, mentre le tramogge dotate di sistema di scarico con alimentatore a coclea vengono utilizzate principalmente per dosare i materiali aventi le frazioni pi? basse nella miscela da preparare, in cui ? invece richiesta elevata precisione di dosaggio e in cui la penalizzazione in termini di tempo di dosaggio diventa pi? accettabile.

La Richiedente, tuttavia, ha notato che nel processo di produzione di alcune tipologie di articoli sono richieste precisioni di dosaggio molto elevate anche per materiali che costituiscono una frazione rilevante della miscela da preparare.

Un esempio di tali processi produttivi ? rappresentato dal settore di produzione delle calzature, dove insieme ad un materiale polimerico principale pu? essere aggiunta una frazione fino al 30% o al 40% di un materiale polimerico riciclato che in fase di lavorazione della miscela polimerica d? luogo ad una considerevole espansione volumetrica e che, di conseguenza, necessita di elevate precisioni in fase di formazione della miscela.

Sulla base di quanto esposto in precedenza, in tale applicazione produttiva il materiale riciclato dovrebbe essere dosato mediante una tramoggia dotata di alimentatore a coclea per rispettare gli stretti margini di errore consentiti. Ci? tuttavia allungherebbe in modo inaccettabile i tempi di produzione.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con ?materiale granulare? si intende una pluralit? di elementi solidi distinti e separati tra loro, aventi dimensioni e conformazione opportune, in funzione della lavorazione da effettuare e del materiale utilizzato, compreso il materiale polimerico in polvere o in fiocchi.

La miscela ? a base di materiale polimerico quando almeno il 40% del materiale della miscela ? formato da uno o pi? materiali polimerici, preferibilmente almeno il 60%.

Il materiale polimerico pu? essere un qualsiasi materiale adatto e normalmente utilizzato nelle lavorazioni di materie plastiche. Preferibilmente ? un materiale termoplastico, come ad esempio poliolefine, poliesteri, poliammidi o loro copolimeri. Esempi preferiti di materiali polimerici sono il polietilentereftalato (PET) e il copolimero etilene vinilacetato (EVA).

Descrizione dell?invenzione

Il problema alla base della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo dosatore gravimetrico nonch? un metodo per formare una miscela a base di materiale polimerico strutturalmente e funzionalmente concepito per superare, almeno in parte, uno o pi? degli inconvenienti sopra lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. Questo problema ? risolto dal presente trovato mediante un dispositivo dosatore gravimetrico ed un metodo per formare una miscela a base di materiale polimerico realizzati in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi dell?invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo preferito esempio di realizzazione, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 ? una vista schematica in alzato frontale di un dispositivo dosatore gravimetrico realizzato secondo la presente invenzione;

- la figura 2 ? una vista schematica in alzato laterale del dispositivo dosatore gravimetrico di figura 1,

- la figura 3 ? una vista schematica in alzato da retro del dispositivo dosatore gravimetrico di figura 1, e

- la figura 4 ? una vista schematica in pianta dall?alto del dispositivo dosatore gravimetrico di figura 1.

Modo preferito di realizzazione dell?invenzione

Con riferimento alle figure accluse, con 1 ? complessivamente indicato un dispositivo dosatore gravimetrico, realizzato in accordo con la presente invenzione.

Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 ? predisposto per formare una miscela a base di materiale polimerico da utilizzare nell?ambito della lavorazione delle materie plastiche, preferibilmente nel settore della produzione di suole per calzature.

Il dispositivo dosatore gravimetrico 1, qui descritto come forma di realizzazione preferita della presente invenzione, ? parte di un impianto di lavorazione di materie plastiche, ad esempio un impianto di produzione di suole per calzature.

In particolare, il dispositivo dosatore gravimetrico 1 ? preferibilmente posto a monte di una macchina di trasformazione della miscela polimerica preparata, ad esempio uno stampo a pressa, in cui il materiale polimerico viene fuso e stampato a formare un articolo desiderato, come ad esempio una suola di una calzatura.

Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 comprende una unit? di pesatura 2 sopra la quale sono posizionate una prima tramoggia 3, una seconda tramoggia 4, una terza tramoggia 5 e una quarta tramoggia 6, tutte collegate all?unit? di pesatura 2 in modo da poter scaricare nella medesima, a comando, parte del materiale in esse contenuto.

Per favorire la discesa del materiale in esse contenuto, ciascuna tramoggia 3-6 pu? essere dotata di un organo vibratore, ad esempio di tipo pneumatico.

L?unit? di pesatura 2 ? in s? convenzionale e comprende al suo interno un recipiente destinato a raccogliere il materiale proveniente dalle tramogge soprastanti. Tale recipiente ? convenientemente appoggiato su celle di carico in modo da consentire la precisa misurazione della quantit? di materiale immesso nell?unit? di pesatura 2.

Inoltre, nella sua parte inferiore, l?unit? di pesatura 2 pu? comprendere un organo miscelatore, comandato in rotazione da un motore 2a, destinato a mescolare i componenti della miscela rendendola omogenea.

La prima tramoggia 3 ? collegata all?unit? di pesatura 2 mediante una prima valvola 7, preferibilmente del tipo a serranda, posizionata in corrispondenza dell?imbocco dello scarico della prima tramoggia 3 all?interno dell?unit? di pesatura 2.

Inoltre, secondo un aspetto della presente invenzione, la prima tramoggia 3 ? ulteriormente collegata all?unit? di pesatura 2 mediante un primo alimentatore a coclea 8.

In particolare, il primo alimentatore a coclea 8 comprende una coclea estesa all?interno di un condotto cilindrico 9, inclinato verso l?alto a partire dall?ingresso della coclea fino all?uscita della stessa, nonch? un motore 10 predisposto per condurre in rotazione la coclea.

L?ingresso della coclea ? collegato alla prima tramoggia 3 mediante un condotto di alimentazione 11, esteso verso il basso ed aperto nella prima tramoggia 3 in punto a monte della prima valvola 7.

L?uscita della coclea ? collegata ad un condotto di erogazione 12 aperto nell?unit? di pesatura 2 in un punto distinto dallo scarico della prima tramoggia 3 controllato dalla prima valvola 7, cos? da poter immettere materiale nell?unit? di pesatura in modo indipendente dallo stato di apertura o chiusura della prima valvola 7.

La seconda tramoggia 4 ? collegata all?unit? di pesatura 2 mediante una seconda valvola 13, preferibilmente del tipo a serranda, posizionata in corrispondenza dell?imbocco dello scarico della seconda tramoggia 4, distinto dallo scarico della prima tramoggia 3, all?interno dell?unit? di pesatura 2.

La terza e la quarta tramoggia 5 e 6 sono entrambe collegate all?unit? di pesatura 2 mediante rispettivi alimentatori a coclea 14 e 15, i quali, a loro volta, sono entrambi collegati in uscita al condotto di erogazione 12 per alimentare il proprio materiale all?interno dell?unit? di pesatura 2. Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 comprende inoltre un?unit? di controllo (non rappresentata) opportunamente programmata per ricevere istruzioni circa le miscele da comporre, per elaborare le misure di peso ricevute dall?unit? di pesatura 2 e predisposta per controllare il funzionamento della prima e della seconda valvola 7, 13 come pure del primo alimentatore a coclea 8 e dei rispettivi alimentatori a coclea 14 e 15.

L?unit? di controllo pu? essere specificamente dedicata al dispositivo dosatore gravimetrico 1, oppure pu? essere integrata nell?unit? di controllo della macchina di trasformazione a valle del medesimo, cos? da consentire all?operatore di controllare con un unico strumento ed un'unica interfaccia sia la macchina di trasformazione (ad esempio la pressa) che il dispositivo dosatore gravimetrico.

Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 opera nelle modalit? seguenti.

In ciascuna delle tramogge 3-6 vengono caricati rispettivi materiali, destinati a formare, nei rapporti opportuni la miscela desiderata.

Preferibilmente, la miscela ? a base polimerica ? comprende un primo materiale polimerico caricato nella prima tramoggia 3,un secondo materiale polimerico caricato nella seconda tramoggia 4, un terzo materiale caricato nella terza tramoggia 5 e un quarto materiale caricato nella quarta tramoggia 6.

In un esempio preferito di realizzazione, il primo e il secondo materiale polimerico sono rispettivamente EVA riciclato e EVA vergine, mentre il terzo e il quarto materiale sono degli additivi, comunemente utilizzati nel settore per le medesime applicazioni.

Una volta impostata la ricetta della miscela da preparare, l?unit? di controllo calcola (o riceve come input diretto dall?operatore) le rispettive quantit? dei materiali che la compongono e, quindi, la quantit? del primo, del secondo, del terzo e del quarto materiale che devono essere scaricate dalle rispettive tramogge per formare la miscela in modo corretto. Tali quantit? possono essere definite come quantit? target dei singoli materiali da scaricare.

A titolo puramente esemplificativo, possono essere fissate le seguenti quantit? target: 25 g del primo materiale polimerico, 72 g del secondo materiale polimerico, 2 g del terzo materiale (primo additivo), 1 grammo del quarto materiale (secondo additivo).

Il primo materiale polimerico ha la caratteristica di presentare un elevato coefficiente di espansione nelle lavorazioni successive della miscela, per cui ? necessario che sia dosato con un grado di precisione elevato, ad esempio con un margine di errore inferiore a 0,2 g (oppure 0,2% rispetto al materiale principale).

L?unit? di controllo, comanda inizialmente lo scarico della tramoggia contenente il materiale che ha una frazione maggiore nella miscela, in questo caso quindi la seconda tramoggia 4 Lo scarico avviene comandando in apertura la seconda valvola 13 e attendendo che il peso del secondo materiale caduto per gravit? nell?unit? di pesatura 2 e misurato dalle celle di carico, raggiunga la quantit? target di 72 g.

Una volta raggiunto la quantit? target di 72 g, la seconda valvola 13 viene chiusa per fermare lo scarico del secondo materiale.

La quantit? di secondo materiale immesso nell?unit? di pesatura 2 viene verificato e se diverso dalla quantit? target (evento possibile data la precisione non elevata del sistema di scarico con valvola a serranda) le quantit? target dei materiali rimanenti sono ricalcolati in modo da mantenere l?esatto rapporto richiesto dalla ricetta.

A questo punto viene dosato il primo materiale polimerico, contenuto nella prima tramoggia 3.

Per effettuare questa operazione, viene inizialmente stabilito dall?unit? di controllo, una quantit? intermedia, inferiore alla quantit? target di 25 grammi, ad esempio di circa il 10 ? 15%, in questo caso, quindi di circa 22 g.

La prima valvola 7 ? quindi comandata in apertura dall?unit? di controllo per scaricare una prima parte di primo materiale polimerico pari a tale quantit? intermedia di 22g.

Questa prima parte del primo materiale polimerico ? quindi scaricata velocemente dalla prima tramoggia 3 nell?unit? di pesatura che quando rileva un peso pari alla quantit? intermedia determina la chiusura della prima valvola 7.

Viene quindi verificato il peso reale di primo materiale polimerico scaricato dalla prima tramoggia 3, rilevato dalla misurazione dell?unit? di pesatura e, su questa base viene calcolata con precisione la quantit? di primo materiale mancante per raggiungere la quantit? target.

Una volta definita tale quantit? mancante, viene azionato il primo alimentatore a coclea 8 in modo da immettere il primo materiale polimerico nell?unit? di pesatura 2 in modo preciso e controllato fino al raggiungimento della quantit? target.

L?operazione di formazione della miscela ? quindi completata dalla dosatura successiva del terzo e del quarto materiale che vengono immessi nell?unit? di pesatura tramite i rispettivi alimentatori a coclea 14 e 15.

Grazie al dispositivo dosatore gravimetrico 1, ? possibile quindi dosare componenti di una miscela a base polimerica in modo estremamente preciso e complessivamente rapido, aumentando l?efficienza e la produttivit? dell?impianto di produzione e riducendo sostanzialmente la quantit? di scarti di lavorazione.

Il tecnico del ramo sapr? apportare opportune varianti alla presente invenzione in funzione di eventuali esigenze specifiche, tutte rientranti nell?ambito di protezione definito dalle rivendicazioni accluse.

Ad esempio, il dispositivo di dosatura potr? avere un numero qualsiasi di tramogge e un numero qualsiasi di esse potr? essere dotato sia di scarico rapido con valvola a serranda che di scarico controllato mediante alimentatore a coclea.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo dosatore gravimetrico (1) predisposto per formare una miscela a base di materiale polimerico, comprendente:

- un?unit? di pesatura (2) predisposta per misurare la quantit? di materiale immesso in detta unit? di pesatura per formare detta miscela,

- almeno una prima tramoggia (3) atta a contenere un primo materiale e a scaricare parte di detto primo materiale in detta unit? di pesatura (2) per formare detta miscela,

- almeno una seconda tramoggia (4) atta a contenere un secondo materiale e a scaricare parte di detto secondo materiale in detta unit? di pesatura (2) per formare detta miscela,

in cui detta prima tramoggia (3) ? collegata a detta unit? di pesatura (2) mediante una prima valvola (7) selettivamente azionabile in apertura e in chiusura per consentire uno scarico rapido di detto primo materiale da detta almeno una prima tramoggia (3) in detta unit? di pesatura (2), e

caratterizzato dal fatto che detta prima tramoggia (3) ? ulteriormente collegata a detta unit? di pesatura (2) mediante un primo alimentatore a coclea (8), selettivamente azionabile per consentire uno scarico controllato di detto primo materiale da detta almeno una prima tramoggia (3) in detta unit? di pesatura (2).

2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo alimentatore a coclea (8) ? collegata a detta prima tramoggia (3) mediante un condotto di alimentazione (11) aperto in detta prima tramoggia (3) a monte di detta prima valvola (7).

3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto primo alimentatore a coclea (8) ? azionabile in modo indipendente dall?apertura di detta prima valvola (7).

4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta almeno una seconda tramoggia (4) ? collegata a detta unit? di pesatura (2) mediante una seconda valvola (13).

5. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta almeno una seconda tramoggia (4) ? collegata a detta unit? di pesatura (2) in modo indipendente dalla prima tramoggia (3).

6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ? prevista almeno una terza tramoggia (5; 6), distinta da detta prima tramoggia, collegata a detta unit? di pesatura (2) mediante un rispettivo alimentatore a coclea (14; 15).

7. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto primo alimentatore a coclea (8) ? collegato a detta unit? di pesatura (2) mediante un condotto di erogazione (12) e detto rispettivo alimentatore a coclea (14; 15) di detta almeno una terza tramoggia (5; 6) ? collegato a detta unit? di pesatura (2) mediante detto condotto di erogazione (12).

8. Impianto di lavorazione di materie plastiche comprendente un dispositivo dosatore gravimetrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.

9. Impianto secondo la rivendicazione 8, destinato alla produzione di suole per calzature.

10.Metodo per formare una miscela a base di materiale polimerico comprendente le fasi di:

- predisporre un dispositivo dosatore gravimetrico (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7,

- immettere un primo materiale in detta almeno una prima tramoggia (3) e un secondo materiale in detta almeno una seconda tramoggia (4),

- determinare la quantit? target di detto primo materiale necessaria alla formazione di detta miscela,

- determinare una quantit? intermedia di detto primo materiale, inferiore a detta quantit? target,

- scaricare da detta prima tramoggia (3) mediante detta prima valvola (7) una prima parte di detto primo materiale tentativamente corrispondente a detta quantit? intermedia, - pesare in detta unit? di pesatura (2) detta prima parte di detto primo materiale e determinare l?esatta quantit? di primo materiale da scaricare da detta prima tramoggia (3) per raggiungere detta quantit? target,

- scaricare da detta prima tramoggia (3) mediante detto alimentatore a coclea (8) una seconda parte di detto primo materiale in modo da raggiungere detta quantit? target.